planta fotovoltaica de 4,3kWp conectada a red

CARACTERISTICAS DE LA PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA
DEL LABORATORIO C.I.B.A. DE LA UNIVERSIDAD DE
VALLADOLID
Universidad de Valladolid
Grupo de Investigación de Energías Renovables
Facultad de Ciencias
Las líneas esenciales de la política energética se encuentran recogidas en
tres ideas básicas:
* fomento y utilización de los recursos energéticos existentes,
* uso eficiente de la energía y
* respeto al ecosistema y medio ambiente.
En los últimos años estamos asistiendo a un impulso de las energías
renovables y de la energía solar fotovoltaica en particular, como consecuencia de
las noticias cada vez mas alarmantes acerca de la magnitud del calentamiento de
la Tierra, y los efectos de los llamados gases invernadero que provocan varias
actividades humanas entre las que destaca la emisión de CO2 debida a los
combustibles fósiles.
Castilla y León por su situación dispone de un potencial energético solar
cuyo aprovechamiento es necesario potenciar complementado con un esfuerzo
técnico para incorporar su utilización y apoyo a las energías renovables.
Los avances técnicos de la energía solar fotovoltaica están basados en la
investigación, experimentación y desarrollo. Para un mejor conocimiento del
rendimiento de los sistemas fotovoltaicos es necesario disponer de plantas
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fotovoltaicas monitorizadas para estudiar los datos registrados durante su
funcionamiento lo cual permitirá:
i)
averiguar si se han alcanzado los objetivos del diseño,
ii)
evaluar el potencial de la tecnología fotovoltaica y las posibilidades de las distintas
instalaciones en el futuro,
iii)
construir una base de datos que facilite la creación de modelos teóricos para el
diseño de lo sistemas fotovoltaicos.
La Agencia Internacional de la Energía (IEA), institución en la que
participan 23 países, en su informe sobre la utilización fotovoltaica indica como la
potencia instalada en el sector de conexiones a red centralizadas, se está
incrementando, de manera particular en Alemania y Suiza donde representa cerca
del 90% y el 67% de la potencia instalada respectivamente.
En general y a nivel mundial, se está enfatizando en los sistemas
fotovoltaicos conectados a red para edificios, residencias, etc. normalmente
apoyados por empresas eléctricas, se incrementa su número y el público en
general debe conocerlos e introducirse en su utilización.
Tal y como indica la Dirección General de Investigación Científica y
Desarrollo del Centro de Investigación de la Unión Europea, ISPRA, para obtener
datos completos del funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos conectados a
red, es preciso llevar a cabo un seguimiento bastante detallado o “analítico”
mediante un sistema automático de adquisición de datos. Las variables que deben
registrarse son: meteorológicas, intensidades de corriente, voltajes, energías y
consumos que caracterizan el funcionamiento del sistema, durante el intervalo de
tiempo normalizado.
Sabiendo que en la Comunidad de Castilla y León, la radiación solar diaria
media anual alcanza un valor de 4.4 kWh y para avanzar en el desarrollo y
utilización de la energía solar fotovoltaica, se ha diseñado una planta fotovoltaica
conectada a red, bajo la ayuda del Proyecto FD1052-97, en el que participa la
empresa IBERDROLA, y se ha instalado en el Laboratorio C.I.B.A. de la
Universidad de Valladolid, estando gestionada dicha planta científicamente por el
grupo de investigación de Energías Renovables del Departamento de Física
Aplicada I de la Facultad de Ciencias, siendo responsables del Proyecto los
Profesores del Departamento de Física Aplicada Argimiro de Miguel y Julia
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Bilbao.
El objetivo de la presente instalación es:
* Monitorizar la instalación, que es la primera en su género en la región de Castilla y
León.
* Calcular el Balance Energético
* Simulación del funcionamiento de cada uno de los componentes de la planta.
* Estudio de la influencia de las variables meteorológicas en el rendimiento de los
componentes del sistema.
* Análisis y evaluación del funcionamiento de inversores: comparación de resultados.
Situación de la Planta
La planta fotovoltaica está instalada en el Laboratorio CIBA (Centro de Investigación de
la Baja Atmósfera) perteneciente a la Universidad de Valladolid, complejo dedicado a la
investigación, con infraestructura y terreno suficiente para tal fin situado en el Municipio
de Villalba de los Alcores, cuyas coordenadas geográficas son: 4º 46´ longitud este, 41º 49´
latitud norte y 860 m de altura sobre nivel del mar
CIBA cuenta con más de 3.3 ha. de terreno, sin problemas de sombras, y se cuenta con un
Laboratorio de 250 m2 (construido con tecnología solar pasiva), donde se han instalado los
inversores y el registro de la unidad de monitorización de la instalación.
La instalación consta de:
.- Sistema generador fotovoltaico
.- Sistema de acondicionamiento de potencia
.- Sistema de registro y monitorización
.- Sistema de tele-control
La potencia de la instalación es de 4.3 kWp y cuenta con un sistema de acondicionamiento
de potencia guiado por red que convierte la corriente continua en corriente alterna para su
posterior inyección a la red eléctrica.
Posee un sistema de adquisión de datos que permite conocer en todo momento la situación
de la instalación y almacena dichos datos para la realización de investigaciones sobre el
comportamiento de la instalación según varían las condiciones meteorológicas y la
inclinación de los paneles y así comparar dichos datos experimentales con los modelos
teóricos y de simulación, ya desarrollados en este equipo de trabajo.
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Generador fotovoltaico.
El campo solar está formado por 36 módulos A-120 de la marca Atersa, divididos en dos
grupos de 18 módulos cada uno, los cuales forman seis grupos en paralelo y cada grupo
constituido por tres módulos conectados en serie.
Teniendo en cuenta los objetivos del Proyecto, la instalación fotovoltaica tiene la
siguiente configuración:

Potencia nominal: 4.32 kWp.

Tensión en continua: 51 Vdc

Inclinación: Media 35º (variables con la época del año y la investigación en
curso)
Al no estar condicionado a la limitación de una ubicación unívoca, las razones estéticas
han determinado la disposición de la instalación. Así los paneles están ubicados sobre el
suelo en dos cimentaciones de distinta longitud y disposición paralelas, para obtener una
buena integración desde el punto de vista estético con el paisaje circundante. La instalación
está sustentada sobre dos cimentaciones de 11m y 14 m de longitud lo que da lugar a un
total de 18.75 m2 ocupados.
La orientación de las cimentaciones está diseñada para que los módulos queden situados,
con una separación entre las cimentaciones de 6.5 m, evitando de este modo cualquier
posibilidad de generación de sombras. La instalación se ha dispuesto cerca del edificio
principal de investigación para poder instalar en él, los inversores y la monitorización de la
planta. La distancia entre el edificio y la instalación a la planta fue de 9 m , una solución
de compromiso que evitase que el edificio crease sombras significativas sobre la planta y
una longitud excesiva para que el cableado y crease pérdidas de información y de potencia.
La estructura soporte escogida es giratoria, permitiendo la variación del ángulo de
inclinación de los paneles entre 10º a 75º, dando la posibilidad de realizar estudios en el
que el ángulo de inclinación de la instalación sea una variable fácilmente modificable.
Una característica de esta planta fotovoltaica es la división técnica de la instalación en
dos partes iguales, obteniéndose dos instalaciones independientes. Esta independencia se
consigue al poseer dos inversores conectados cada uno de ellos a 18 módulos, al tener dos
tarjetas de adquisición de datos y las estructuras de los módulos de cada inversor son
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independientes. Por esta razón esta instalación es muy práctica, pues posibilita el realizar
comparación entre los datos obtenidos en las dos partes independientes de la instalación.
Con el objetivo de evitar posibles riesgos derivados del nivel de tensión en corriente del
sistema fotovoltaico, se han tomado importantes medidas de seguridad y equipos de
protección. Es de destacar la instalación de polos flotantes y de un sistema de detección de
fallos de aislamiento, que al detectar una anomalía en el funcionamiento, la analiza y en
caso de riesgo desconecta automáticamente la instalación.
Las principales características de los módulos instalados son:
TIPO DE MÓDULOS
A- 120
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

Nº de módulos

Potencia máxima
120 W

Tensión en punto de máxima potencia
16.9 V

Intensidad en punto de máxima potencia

Tensión en circuito abierto

Intensidad cortocircuito
36
7.1 A
21 V
5.2 A
Sistema de Acondicionamiento de Potencia
Este proceso se realiza mediante un inversor, el cual adapta las tensiones de entrada en
continua y se encarga de hacer trabajar al generador en el punto de máxima potencia para
obtener la máxima energía del mismo.
El inversor utilizado en este proyecto es el modelo TAURO PRM 2000/3 fabricado por
ATERSA. Este inversor se alimenta de la red eléctrica y utiliza la señal de red para generar
la onda de referencia para control. Utiliza sistemas de protección contra sobre/sub tensión
y frecuencia para garantizar las protecciones adecuadas en la red.
La planta dispone de dos inversores TAURO PRM 2000/3 iguales, cada uno de los
cuales soporta la mitad de la potencia producida en la instalación. A cada inversor están
conectados 18 módulos (agrupados en seis grupos en paralelo y cada grupo formado por
tres módulos conectados en serie).
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Las principales características del inversor son:
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

Potencia nominal

Tensión en continua

Intensidad en continua

Distorsión tensión continua

Tensión en alterna

Intensidad en alterna
7.4A

Límite de variación de tensión en red
10%

Factor de potencia
>0.98

Forma de onda a la salida en alterna

Distorsión total de Intensidad

Temperatura límite de funcionamiento

Limitación del nivel de humedad
2.2 kVA
51Vcc
43A
<3.5%
230Vac, monofásica
Senoidal
<3.5%
-5/+40ºC
<90% sin condensar
Los equipos de acondicionamiento de potencia y control del sistema están ubicados en el
edificio principal del centro, situado en la zona a pocos metros de la instalación. Todos los
componentes utilizados en la instalación del circuito de alterna aseguran que la inyección
de la energía eléctrica a la red cumple las condiciones de conexión.
Sistema de adquisición de datos
El sistema de toma de datos utiliza una tarjeta de comunicaciones TCOM diseñada
especialmente para la adquisición de los datos más relevantes en una Central Fotovoltaica
de Conexión Red a través de Inversores TAURO. Cada inversor lleva su propia tarjeta de
adquisición de datos, la cual transmite los datos mediante el puerto de comunicaciones
serie RS-232 a un ordenador donde se almacenan y analizan.
Cada tarjeta tiene como punto de partida uno de los inversores, que transmiten
información del estado de cada una de las siguientes variables:
.- tensión de paneles,
.- tensión generada,
.- potencia total del campo solar,
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.- potencia entregada a la red,
.- intensidad entregada a la red
.- el estado del inversor cada 2.5 segundos.
Además de las variables eléctricas señaladas anteriormente, se registran otras variables
importantes, como son la temperatura de los paneles y la radiación solar global incidente
sobre los paneles, por medio de dos sondas situadas en paneles distintos y mediante células
calibradas respectivamente.
Esquema de la instalación
Fig. 1 .- Esquema de la instalación “ DIMEFOT” (CIBA, UVA-IBERDROLA)
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Fig. 1.- Planta Fotovoltaica instalada en Laboratorio C.I.B.A. (Universidad de Valladolid,
Villalba de los Alcores)
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3. RESULTADOS DE LA MONITORIZACION DEL SISTEMA
La instalación está funcionando desde noviembre de 2000, habiéndose iniciado la toma
de datos el día 3 de noviembre de 2000. La Tabla I muestra la producción total mensual de
energía que se ha vertido a la red y la Figura 1 muestra gráficamente la evolución media
mensual de la energía eléctrica producida por la planta.
A la hora de analizar los datos y comparar los resultados de una planta fotovoltaica con
otras plantas, independientemente del tamaño es éstas, se utilizan los siguientes
estimadores:
.- Eficiencia de referencia, Yr; eficiencia del subsistema fotovoltaico, Ya; eficiencia final,
Yf ; relación de funcionamiento, PR, pérdidas de colección y pérdidas del sistema.
Tabla I. Energía producida por la planta
Producción Total
Producción diaria
mensual (kWh)
media (kWh x dia-1)
Noviembre
221.29
7.37
Diciembre
273.72
9.0
Enero
197.54
6.37
Febrero
349.54
12.48
Marzo
327.66
10.56
Abril
534.93
17.83
Mayo
563.6
18.18
Junio
616.36
21
3084
102.79
MES
TOTAL
9
700
Potencia producida (kWh)
600
500
400
300
200
100
0
NOV.
DEC.
JAN
FEB.
MAR.
APR
MAY.
JUN.
JUL
AUG.
SEP.
OCT.
NOV.01
JUN.
JUL
AUG.
SEP.
OCT.
NOV.01
Mes
5
4,5
4
Yf (kWh/kWp/día)
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
NOV.
DEC.
JAN
FEB.
MAR.
APR
MAY.
Mes
10
0,8
0,7
0,6
PR
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
NOV.
DEC.
JAN
FEB.
MAR.
APR
MAY.
JUN.
JUL
AUG.
SEP.
OCT.
NOV.01
Mes
Fig. 1. Evolución de la energía producida por la planta fotovoltaica
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