Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE – 0502 Proyecto Eléctrico “Diseño y construcción de un sistema de control sencillo para el manejo de un sistema independiente de energía eléctrica” Por: David Badilla Meza Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Diciembre de 2007 “Diseño y construcción de un sistema de control sencillo para el manejo de un sistema independiente de energía eléctrica” Por: David Badilla Meza Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: _________________________________ Ing. Jaime Allen Flores Profesor Guía ___________________________ Ing. Manuel Fallas Agüero Profesor lector _____________________________ Ing. Guillermo Loría Martínez Profesor lector ii ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS .......................................................................................................... v ÍNDICE DE TABLAS...........................................................................................................vi NOMENCLATURA.............................................................................................................vii RESUMEN ..........................................................................................................................viii CAPÍTULO 1: Introducción................................................................................................... 1 1.1 Objetivos................................................................................................................. 3 1.1.1 Objetivo general ............................................................................................. 3 1.1.2 Objetivos específicos...................................................................................... 3 1.2 Metodología............................................................................................................ 5 CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico .......................................................................................... 6 2.1 Paneles fotovoltaicos .............................................................................................. 6 2.1.1 Principio de funcionamiento[9] ....................................................................... 6 2.1.2 Potencia entregada.......................................................................................... 8 2.1.3 Regulador de carga en sistemas fotovoltaicos....................................................... 8 2.2 Baterías (acumuladores) ............................................................................................... 9 2.2.1 Definición [13]....................................................................................................... 10 2.2.2 Baterías de plomo-ácido [13]................................................................................. 10 2.2.3 Parámetros de un acumulador [13] ........................................................................ 12 2.2.4 Condiciones de prueba [22] ................................................................................... 13 2.3 Inversores ................................................................................................................... 15 2.3.1 Funcionamiento ................................................................................................... 15 2.3.2 Parámetros [17] ...................................................................................................... 16 2.4 Cargadores .................................................................................................................. 16 2.4.1 Cargadores sencillos [18] ...................................................................................... 17 2.4.2 Cargadores temporizados [18] ............................................................................... 17 2.4.3 Cargadores inteligentes [18] .................................................................................. 17 2.4.4 Parámetros de los cargadores. ............................................................................. 18 2.5 Controladores ............................................................................................................. 18 2.5.1 PLC[23] ................................................................................................................. 18 2.5.2 Controladores para sistemas fotovoltaicos .......................................................... 19 2.5.3 Parámetros de un controlador .............................................................................. 19 2.6 Generadores a base de combustible............................................................................ 20 2.6.1 Generadores a gas................................................................................................ 20 2.6.2 Generadores a gasolina........................................................................................ 20 2.6.3 Generadores a diesel............................................................................................ 21 2.6.4 Parámetros de los generadores a base de combustible [20] ................................... 21 CAPÍTULO 3: Análisis de cargas ........................................................................................ 23 3.1 Análisis de potencia y energía de lunes a viernes ...................................................... 24 3.2 Análisis de potencia y energía del día sábado ............................................................ 25 3.3 Especificaciones Requeridas ...................................................................................... 26 CAPÍTULO 4: Sondeo de mercado...................................................................................... 30 4.1 Paneles Solares ........................................................................................................... 31 4.2 Reguladores de carga.................................................................................................. 32 iii 4.3 Cargadores/inversores ................................................................................................ 34 4.4 Baterías ....................................................................................................................... 35 4.5 Generadores a base de combustible............................................................................ 36 CAPÍTULO 5: Características de los sistemas de control comerciales para aplicaciones FV .............................................................................................................................................. 38 5.1 OutBack GVFX3524 [26]............................................................................................. 38 5.2 Xantrex xw4024 [27] .................................................................................................... 41 5.3 Sunny Island 4248U [28] .............................................................................................. 44 DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES ..................................................................................... 47 RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 52 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 53 Anexos .................................................................................................................................. 57 Irradiación solar en Costa Rica [29] ................................................................................... 57 Controladores (hojas de fabricante).................................................................................. 60 Sunny Island 4248 U[28] ................................................................................................ 60 Xantrex XW Inverter/charger [27] ................................................................................. 62 Outback Sinewave Inverter/charger [26] ........................................................................ 64 iv ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Unidad generadora conectada a carga................................................................... 2 Figura 2.1 Estructura p-n de una célula fotovoltaica [4] .......................................................... 7 Figura 2.2 Esquema de un acumulador ................................................................................ 12 Figura 3.1 Consumo de potencia diario................................................................................ 26 v ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Cargas conectadas y su consumo semanal ............................................................. 4 Tabla 2.1 Tabla comparativa entre diferentes tipos de acumuladores[13] ............................. 14 Tabla 3.1 Cargas conectadas ................................................................................................ 23 Tabla 3.2 Análisis de cargas de lunes a viernes ................................................................... 24 Tabla 3.3 Análisis de cargas en sábados............................................................................... 25 Tabla 3.4 Capacidad requerida por la carga de 1 a 10 días (Batería de 12V) ..................... 27 Tabla 3.5 Potencia a generar por los paneles........................................................................ 28 Tabla 4.1 Paneles Solares ..................................................................................................... 32 Tabla 4.2 Reguladores de carga............................................................................................ 34 Tabla 4.3 Inversores/cargadores ........................................................................................... 35 Tabla 4.4 Baterías ................................................................................................................. 36 Tabla 4.5 Generadores combustible ..................................................................................... 37 vi NOMENCLATURA FV Fotovoltaico AAC Amperios Corriente alterna ADC Amperios Corriente Directa VAC Voltios Corriente Alterna VDC Voltios Corriente Directa W Watts VA Volt-amperes Hz Hertz h Hora s Segundo W-h ó Wh Watt-hora Ah Ampere-hora m2 Metro cuadrado cm Centímetro rpm Revoluciones por minuto vii RESUMEN El objetivo primordial del presente proyecto es lograr la automatización y el control de la energía aportada por diversas fuentes hacia un hogar. Para el caso de estudio se utiliza un panel solar, el cual carga un banco de baterías, y va a representar la fuente primordial de energía. Asimismo, el sistema se conecta a la red eléctrica pública, y como última opción, se hará uso de un generador a base de combustible. Para el desarrollo del trabajo, y luego de trazar los objetivos y la metodología a seguir, se realizó una investigación en diferentes medios, como libros, foros y enciclopedias, para comprender el funcionamiento, los principios básicos y las especificaciones de los elementos que componen un sistema como el planteado. A continuación, se hizo un análisis a fondo de la demanda de energía y potencia en el hogar. Luego de lo anterior, se procedió a realizar un sondeo de mercado donde fue posible conocer la disponibilidad de equipos apropiados para aplicaciones como la esbozada. Con los datos obtenidos, se conformaron tablas resumen para comparar los diferentes modelos de los elementos requeridos por el sistema. Finalmente, se dedicó un capítulo a la descripción, especificaciones, características y comparaciones entre los controladores comerciales que se adaptan a lo requerido. Entre las principales conclusiones a las que se llegó y debido a la alta inversión económica que representan los sistemas fotovoltaicos, se encuentra la necesidad de estimular la producción de energía renovable, lo cual se puede hacer mediante incentivos ya sea fiscales o a un precio de compra especial. Otra conclusión importante es cómo la automatización del proceso se puede lograr mediante artículos diseñados para tal fin, y que poseen muchas otras características útiles. viii CAPÍTULO 1: Introducción El consumo de energía de manera responsable es un asunto que día a día toma más importancia debido al rápido deterioro de nuestro planeta. La utilización de fuentes de energía renovables para la producción de energía eléctrica se hace esencial en la actualidad debido al daño al ambiente que provocan los combustibles fósiles. La obtención de electricidad a partir de la energía que proveen el agua, el Sol y el viento, así como la que provee el calor de la Tierra mitigan la emisión de gases contaminantes a la atmósfera por parte de industrias, vehículos y plantas generadoras que utilizan materia prima obtenida de fuentes no renovable, como lo son los derivados del petróleo y los combustibles fósiles. Mediante un sistema de generación por medio de celdas fotovoltaicas, se puede llevar electricidad a zonas alejadas, donde el suministro por parte de las compañías distribuidoras de energía no esté asegurado o el mismo implique grandes pérdidas en líneas de distribución y transmisión, así como en transformadores y otros elementos de la red eléctrica. Asimismo, un sistema de este tipo puede ser de mucha utilidad para cualquier usuario que muestre interés en reducir su facturación en el recibo eléctrico, además de participar activamente en la conservación del planeta. El sistema que se propone consiste en un panel solar, que alimentan un banco de baterías, del cual mediante un inversor se va a convertir la energía almacenada en este banco en corriente alterna, la cual va a ser utilizada por el usuario. Para asegurar la continuidad y la calidad del servicio, el banco de baterías se va a apoyar primeramente en la red de energía pública, y en caso de un fallo en la misma, en un generador de combustible, 1 2 el cual se pretende que sea utilizado sólo en casos de necesidad, dado el costo que representa el gasto en combustibles y el daño ambiental que provoca. El presente trabajo busca la forma que el generador suministre energía de acuerdo a los requerimientos del usuario, donde la carga requerida se estima que ronda entre los 5 kW y 10 kW, de manera continua, confiable y donde la conmutación entre las distintas fuentes de alimentación se realice de manera automática, de manera que los usuarios de la unidad no tengan la necesidad de ajustar o realizar cambios en el sistema de manera periódica. Figura 1.1 Unidad generadora conectada a carga Para lo anterior se realizará un sondeo de mercado para conocer la disponibilidad existente de controladores, cargadores e inversores que cumplan dicha función, así como el resto de partes que conforman la unidad generadora como lo son el generador gasolina, el panel solar, el banco de baterías y demás elementos que sean necesarios. 3 Con el requerimiento de potencia del usuario, se procederá a realizar un análisis del dimensionamiento y capacidad requerida de las celdas solares, de las baterías y de las características que deban tener los elementos del sistema, en este paso se incluyen, además, la potencia del generador, del inversor y del cargador. Una vez obtenidas las características anteriores, se procede a la escogencia de un controlador adecuado a los requerimientos y particularidades del sistema para realizar la conmutación cuando la energía almacenada en las baterías sea insuficiente para alimentar la carga conectada por el usuario. 1.1 Objetivos 1.1.1 Objetivo general Diseñar e implementar un sistema de control capaz de manejar una planta alimentada por diferentes fuentes (alimentación comercial, generador de combustibles fósiles, generador foto-voltaico y un banco de baterías). 1.1.2 Objetivos específicos • Realizar un sondeo de mercado nacional e internacional para conocer la disponibilidad de productos existentes que cumplan las funciones requeridas, como lo son el cargador, el inversor, el generador y el sistema de conmutación, así como las otras partes requeridas para el funcionamiento del sistema. Debe hacerse una base de datos con características, especificaciones y precios de los equipos. • Especificar el sistema de acuerdo a la capacidad de generación por parte de las celdas solares y de almacenamiento de las baterías así como las necesidades de carga del usuario. 4 • Implementar, de acuerdo a las capacidades económicas y de financiamiento, un sistema de control confiable que haga uso primordialmente de energía proveniente del generador foto-voltaico y de las baterías. Como fuentes de soporte deben considerarse un generador de gasolina y la alimentación de la compañía eléctrica. • Características básicas: • Alimentación de la compañía eléctrica: 240 Vac / 60 Hz / 1fase-trifilar. • Generador de gasolina de 2500 W / 120 Vac. (encendido manual, apagado eléctrico, conexión y desconexión automática) • Batería: 12 Vdc o 24 Vdc. • Generador foto-voltaico: a definir. • Cargas: tabla adjunta Tabla 1.1 Cargas conectadas y su consumo semanal Carga Potencia Consumida (W) Lavadora Televisor Refrigeradora Iluminación Plancha Microondas Cocina Otras cargas Total 460 168 244 75 1200 650 1500 300 4597 Tiempo de uso semanal (h) 4 28 44 21 3 2,5 28 28 Energía disipada/semana (W-h) 1840 4704 10736 1575 3600 1625 42000 8400 74480 5 1.2 Metodología • Buscar información de cargadores adecuados a las necesidades propuestas en la Internet. • Realizar una búsqueda sobre inversores de acuerdo a las necesidades del usuario en la web. • Buscar en libros e Internet los métodos de control utilizados en conmutación para alimentación de cargas en usos domésticos. • Buscar información detallada sobre los elementos del sistema y su funcionamiento en Internet, libros y consultas con personas conocedoras del tema. • Analizar el consumo de potencia pico y promedio, así como la energía requerida en intervalos diarios y semanales por parte del usuario. • Seleccionar la información más relevante y el equipo más apropiado para diseñar el sistema en un hogar. • Implementar el sistema de acuerdo a las posibilidades económicas y de financiamiento. CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico Para la generación y el almacenamiento de energía que se va a llevar a cabo en el domicilio del usuario, se requiere del uso de diferentes elementos cuyo funcionamiento se explica más detalladamente a continuación. 2.1 Paneles fotovoltaicos Los paneles fotovoltaicos aprovechan la energía de la radiación solar que incide sobre ellos para convertirla en energía eléctrica. El principio de funcionamiento de los mismos se basa en el efecto foto-voltaico para transformar la energía del Sol y hacer que una corriente pase entre dos placas con cargas eléctricas opuestas. 2.1.1 Principio de funcionamiento[9] Los materiales utilizados principalmente en la fabricación de celdas solares son el Silicio cristalino y el Arseniuro de Galio. El primero, a pesar de ser menos eficiente para convertir la energía, es más utilizado debido a su menor costo y fácil acceso. Cada célula fotovoltaica se compone de dos láminas delgadas de Silicio, a las cuales se le introducen sustancias dopantes (impurezas que modifican las propiedades conductoras). Se tiene una lámina positiva (P), la cual es dopada con Boro, y una lámina que es dopada con Fósforo y va a poseer una polaridad negativa (N). Dichas láminas están separadas por un semiconductor. Los fotones que provienen de la fuente de luz inciden sobre la superficie de la capa P, provocando que se liberen electrones de los átomos de Silicio, que atraviesan el material semiconductor, y únicamente lo pueden hacer en una dirección. Con lo anterior, en la capa N se forma una diferencia de potencial respecto a la capa P. Esta diferencia de potencial va a actuar como una fuente de voltaje DC, ya que una corriente directa va a circular si se conecta un elemento disipador de energía. 6 7 Figura 2.1 Estructura p-n de una célula fotovoltaica [4] Las placas fotovoltaicas pueden ser de tres tipos: Monocristalinas: Las cuales están compuestas por un único cristal de Silicio. Son las más pesadas y caras, igualmente tienen una eficiencia mayor (cercana al 20%). Se reconocen por ser circulares o hexagonales. Policristalinas: Están formadas por pequeñas partículas cristalizadas. Amorfas: Es cuando el Silicio no se ha cristalizado. Tienen menor eficiencia (en ocasiones menor al 1%), pero también menor precio y peso. Las celdas se producen tanto en forma rectangular como circular, y su tamaño ronda entre los 5 y los 10 cm. de diagonal. Las mismas son cortadas en forma apropiada, y se realizan ciertas conexiones en serie y en paralelo con el objetivo de obtener el voltaje deseado de salida. Se les coloca una cubierta de vidrio para protegerlos de daños en su superficie por radiación o por el manejo y son montados en un sustrato, el cual debe ser un conductor térmico, ya que las celdas se calientan al absorber la energía infrarroja que no se 8 convierte en electricidad. El aumento de temperatura reduce la eficiencia de las celdas por lo que es deseable mantenerla en niveles bajos. 2.1.2 Potencia entregada La Tierra obtiene del Sol alrededor de 1 kW/m2 en un día soleado. Típicamente, los paneles solares cuentan con una eficiencia cercana al 12%, lo que resultaría en una producción de 120 W/m2. Sin embargo, este resultado es afectado por las condiciones climáticas, y como no todos los días son soleados, esta producción es menor. Usualmente el rango de producción de potencia de las celdas solares está entre 50 y 150 W/m2, y se toma un valor de 90 W/m2 como promedio. Las celdas fabricadas con Arseniuro de Galio son más eficientes que las de Silicio, pero debido a su alto costo son menos utilizadas. Asimismo, en estudios recientes se ha logrado alcanzar eficiencia de hasta un 40% en paneles experimentales. [9] La energía que se obtiene del Sol también se ve influida por la orientación hacia el Sol como su inclinación respecto a la horizontal. Este hecho provoca que en algunas ocasiones se utilicen paneles móviles, aunque el costo de estos es muy alto y usualmente se opta por la utilización de paneles fijos, los cuales tienen una ligera inclinación hacia el sur en zonas del hemisferio norte de nuestro planeta, como es el caso de nuestro país. 2.1.3 Regulador de carga en sistemas fotovoltaicos Los reguladores de carga se utilizan con el fin de proteger los elementos del sistema frente a operaciones del sistema fuera de los parámetros de seguridad. Estos dispositivos protegen al banco de baterías de sobrecargas y de sobredescargas. Dicho componente desconecta la carga cuando el nivel de las baterías es muy bajo e interrumpe la conexión de las baterías con el panel solar una vez que las mismas se 9 encuentran totalmente cargadas. Estas funciones pueden ser realizadas por otros dispositivos como el cargador/inversor, ya que en la actualidad los modelos de los mismos pueden cumplir estas características. La desconexión cuando el nivel de las baterías sea muy bajo, va a ser definido por el fabricante del acumulador con la profundidad máxima de descarga permitida. En cuanto a la tensión final de carga, debe asegurar que la batería esté totalmente cargada y sin sufrir daños por sobrecarga. 2.2 Baterías (acumuladores) Cuando se utilizan generadores solares el uso de baterías se vuelve fundamental por dos razones: El de proveer potencia al sistema conectado cuando no exista disponibilidad de luz solar y también para amortiguar las variaciones de energía. Los paneles solares, por lo tanto se encargan de cargar las baterías. Para el caso en estudio, las mismas también van a ser cargadas por medio de un cargador conectado a la red pública. Para utilizarse en conjunto con un generador solar se requiere el uso de baterías de ciclo profundo (deep cycle), las cuales, permiten que la batería sea descargada completamente varios cientos de veces antes de ser inútil. Esta característica está presente en los acumuladores de barcos, carros de golf y las diseñadas especialmente para aplicaciones fotovoltaicas. Las baterías de automóviles no cuentan con esta característica, por lo que tendrían que ser desechadas después de menos de 50 ciclos de descarga profunda[13], ya que son diseñadas para descargarse solo un pequeño porcentaje de su carga total y luego ser recargadas por el generador del vehículo. [2] 10 2.2.1 Definición [13] Se le llama batería, o acumulador, al dispositivo que almacena energía eléctrica y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad. Dicho ciclo puede repetirse un determinado número de veces. Se considera un generador eléctrico secundario debido a que no puede funcionar a menos de que se le haya suministrado electricidad previamente mediante el llamado proceso de carga. Se diferencia de la pila porque esta es primaria y al terminarse su carga se desecha, gracias a su bajo precio. Se les denomina baterías ya que están formados por varios acumuladores en serie. Tal es el caso de las baterías de los automóviles, las cuales están compuestas por 6 acumuladores de plomo-ácido, cada uno de los cuales proporciona unos 2 V, logrando finalmente una tensión de 12 V. Para las baterías de 24 V, se utilizan 12 acumuladores. El funcionamiento de los acumuladores se basa en procesos reversibles, esto es, que los componentes no sean consumidos ni se pierdan, de modo que se pueda retornar al estado inicial una vez realizado un ciclo. El ciclo consta de la etapa de descarga, donde se cierra el circuito externo y la batería aporta la corriente que circula por éste. El ciclo de carga se caracteriza porque la corriente se aplica a la batería, por medio de una fuente externa. Un acumulador se compone de dos electrodos, del mismo material o no, que son sumergidos en un electrolito. 2.2.2 Baterías de plomo-ácido [13] Se constituye por dos electrodos de plomo los cuales, cuando el acumulador está descargado, se encuentran en forma de Sulfato de Plomo (PbSO4 II), incrustado en una 11 matriz de plomo metálico (Pb). El electrolito que se utiliza en este tipo de batería es el ácido sulfúrico (H2SO4). Durante el proceso de carga el Sulfato de plomo es reducido a plomo en el polo negativo, en tanto que en el positivo se forma Óxido de plomo (Pb O2). Al descargarse, el Óxido de plomo se reduce a Sulfato de plomo, en tanto que el plomo del extremo negativo se oxida para dar Sulfato de plomo. Los electrones que se intercambian en este proceso son aprovechados en forma de corriente eléctrica por medio del circuito externo. Durante la descarga baja la concentración de ácido sulfúrico porque se crea Sulfato de plomo y aumenta la cantidad de agua liberada en la reacción. Cuando los cristales creados por el Sulfato de plomo adquieren un tamaño muy grande, los mismos no responden bien a los procesos de carga y descarga, por lo que se pierde la reversibilidad del proceso. En tal caso se dice que el acumulador se ha “sulfatado” y se requiere un reemplazo del mismo. Actualmente, se venden baterías de este tipo cuyo electrolito viene en pasta, lo que hace más cómoda y segura su utilización ya que no se evapora. 12 Figura 2.2 Esquema de un acumulador (1:Placas positivas; 2:Placas negativas; 3:Conexiones entre las placas; 4: Recipiente; 5:Aisladores de madera)[1] 2.2.3 Parámetros de un acumulador [13] Primeramente se tiene el voltaje entre las terminales de la batería, ya que determina si es apta para la carga que se va a conectar. Suele estar entre 1V y 4V por cada elemento. Otro parámetro es la corriente que puede suministrar el elemento. También es importante la corriente máxima que soporta el mismo, ya que se puede dañar si se sobrepasa. La capacidad eléctrica, que se refiere a los tiempos de carga y descarga en Ah. Dicha unidad se puede convertir a Coulombs (C), mediante los siguientes factores de conversión: 1 Ah = 1000 mAh = 3600 C (2.2.10-1) 13 1 C = 1 Ah/3600 = 0,278 mAh. (2.2.10-2) El primer dato nos indica que la batería puede ser usada por 1000 horas suministrando 1 mA o que puede suministrar 1000mA durante una hora. La energía almacenada también es un parámetro que se utiliza. La unidad es el Joule (J), pero habitualmente se utiliza Wh (Watt-hora). Se convierte mediante los siguientes factores: 1 Wh = 3600 J = 3,6 kJ (2.2.10-3) 1 J = 0,278 mWh (2.2.10-4) La resistencia interna de los acumuladores es menor al de las pilas no recargables. En el caso de la batería de plomo-ácido es de 0,006 Ω aproximadamente, en tanto que la de Ni-Cd es 0,009 Ω. También es importante conocer la relación entre la masa y la capacidad eléctrica o la energía que puede restituir. Se da en Ah/kg en el primer caso, mientras que en segundo se da en Wh/kg. Finalmente, el rendimiento es la relación porcentual entre la energía recibida en el proceso de carga y la que puede entregar en el proceso de descarga. El acumulador de plomo-ácido tiene un rendimiento del 90%. 2.2.4 Condiciones de prueba [22] Existe un organismo llamado Battery Council International (BCI) el cual da los lineamientos para las pruebas en baterías. Se incluyen pruebas específicas para vehículos, ciclo de vida para carros de golf, para propósitos marinos y similares. No existe un procedimiento específico para propósitos 14 fotovoltaicos, pero los procedimientos de las pruebas del Consejo se pueden aplicar de la siguiente manera: Primeramente se mide el voltaje de la batería para conocer la capacidad perdida por auto descarga durante el tiempo de almacenaje después de su fabricación. Luego se mide la capacidad de la batería por un ciclo. Esta prueba da una noción de la capacidad y salud de la batería y de los voltajes de corte de los elementos conectados a ella. También se realizan pruebas de ciclos de vida de las baterías en su utilización diaria y el uso que se va a dar de carga y descarga de las mismas. Estas pruebas se realizan hasta diferentes cargas como 80% del voltaje de corte de la carga, 60% de la capacidad inicial y hasta 11,4 V. Tabla 2.1 Tabla comparativa entre diferentes tipos de acumuladores[13] Duración Tensión por Tipo Energía / peso Auto-descarga Tiempo de (número de elemento (V) por mes (% del carga recargas) total) Plomo 30-50 Wh/kg 2V 200-300 8h-16h 5% Ni-Cd 48-80 Wh/kg 1,25 V 1500 1h 20 % Ni-H 60-120 Wh/kg 1,25 V 300-500 2h-4h 30 % Li-ion 110-160 Wh/kg 3,6 V 500-1000 2h-4h 10 % Li-Po 100-130 Wh/kg 3,6 V 300-500 1h-1,5h 10 % 15 2.3 Inversores Tienen la finalidad de convertir la corriente directa en corriente alterna. Se utilizan en gran variedad de aplicaciones, como lo son las pequeñas fuentes de alimentación para computadoras (UPS), y aplicaciones de mayor tamaño como lo son aplicaciones industriales de alta potencia. Un uso extendido que se le da a los mismos es el que se busca en este proyecto, el de convertir la corriente directa generada por paneles solares, y almacenada en baterías, en corriente alterna de 120 V ó 240 V y 60 Hz ó 50 Hz, que pueda ser utilizada por las artículos domésticos. 2.3.1 Funcionamiento Un inversor se compone de un oscilador que controla a un transistor, el cual interrumpe la corriente entrante y de esta forma generar una onda cuadrada. Dicha onda alimenta un transformador que suaviza su forma, haciéndola semejante a una onda senoidal, y ajustando el voltaje al voltaje de salida deseado. También se utilizan otros elementos electrónicos, así como inductores y condensadores, para suavizar la onda y que la misma tenga una forma bastante cercana a una sinusoidal. [16] Hace unos años se utilizaban los inversores rotatorios, los cuales eran un motor DC alimentado por las baterías y que servía como primotor de un generador AC. Estos inversores se pueden mantener sin mantenimiento por mucho tiempo, y los de segunda mano son muy baratos, especialmente los de aplicaciones marinas son útiles en este sentido. Entre sus desventajas se tiene su tamaño, el ruido que producen y la eficiencia de las máquinas eléctricas que tiene que le hacen perder mucha energía.[2] 16 Últimamente se han desarrollado dispositivos similares a los transistores y que son más avanzados, como lo son los tiristores, los triacs y los IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). 2.3.2 Parámetros [17] Primero se debe tomar en cuenta la potencia nominal del inversor, la cual se mide en watts y debe ser mayor a la suma de todas las cargas que vayan a ser conectadas al mismo tiempo al inversor. Capacidad de arranque: Mide la capacidad de soportar los picos de corriente que se dan, por ejemplo al prender un motor. Un inversor puede permitir un 1,8 ó 2 veces su capacidad nominal en watts por un período corto de tiempo. El voltaje de entrada del inversor, el cual debe ser igual al voltaje del banco de baterías y del panel solar. También se especifica el voltaje de salida del inversor, que es importante porque es el voltaje al que se va conectar la carga especificada. Asimismo es importante conocer el tamaño y el peso de la unidad para adecuar la habitación o el lugar donde se va a ubicar, así como la protección contra sobrecargas que tenga, tanto a la entrada como a la salida y la disipación de calor que requiera al aparato, de manera que sea segura para las personas y el equipo. 2.4 Cargadores Un cargador es un dispositivo que se utiliza para introducir energía dentro de una célula o acumulador, mediante la circulación de corriente eléctrica dentro de ésta. 17 La corriente de carga depende de la tecnología y de la capacidad de la batería que está siendo cargada. Un ejemplo de esto es que no se puede cargar con la misma corriente una batería de un teléfono celular y la de un automóvil. Existen varios tipos de cargadores que se detallan a continuación: 2.4.1 Cargadores sencillos [18] Aportan potencia constante a la batería que es cargada. No altera su salida basada en el tiempo de carga o la carga de la batería. Son baratos, pero se pierde más en calidad, esto debido a que duran más cargando una batería y también que pueden debilitar la misma o destruirla debido a la sobrecarga a la que se ve sometida. 2.4.2 Cargadores temporizados [18] La salida se detiene después de transcurrido un tiempo predeterminado. Normalmente, para baterías pequeñas para aparatos electrónicos se vende el conjunto de baterías y cargador, con la desventaja que no van a ser completamente compatibles con otro tipo de baterías o las baterías pueden resultar sobrecargadas si no estaban totalmente descargadas antes de empezar la etapa de carga. 2.4.3 Cargadores inteligentes [18] La corriente de salida depende del estado de carga de la batería. Esto se logra mediante el monitoreo del voltaje de la batería, su temperatura y/o tiempo de carga para determinar la corriente de carga óptima en cada instante. La carga se detiene cuando la combinación de los factores anteriores indiquen que el acumulador está totalmente cargado. 18 2.4.4 Parámetros de los cargadores. Entre los parámetros a tener en cuenta para la elección de un cargador, se encuentra la corriente de carga, el voltaje al que trabaja, tanto de entrada como de salida, el tipo de cargador, así como dimensiones y peso. 2.5 Controladores Para el sistema propuesto, el sistema de control se encarga de determinar el medio que va a alimentar la carga del hogar, sea las baterías cuando las mismas estén cargadas, la red eléctrica en caso de que las mismas no lo estén o un generador de combustible como último recurso. Para lo anterior, se puede hacer uso de un PLC (controlador lógico programable) o de sistemas de control que vienen integrados en el inversor/cargador. 2.5.1 PLC[23] Se basa en un microprocesador, siendo sus partes fundamentales la unidad central de proceso (CPU), la memoria, y el sistema de entradas y salidas. El CPU realiza el control interno y externo del autómata y la interpretación de las instrucciones del programa. A partir de los datos de las entradas, genera señales de las salidas. El sistema de entradas y salidas recopila la información del proceso (sensoresentradas) y envía las acciones de control del mismo (actuadores-salidas). Una de las ventajas que poseen los PLC es que pueden leer información de diferentes dispositivos como interruptores, indicadores de temperatura y sistemas de posicionamiento. También mediante los actuadores se pueden operar motores eléctricos y neumáticos, cilindros hidráulicos o diafragmas, relés, solenoides, arrancadores, válvulas, etc. 19 2.5.2 Controladores para sistemas fotovoltaicos El inversor/cargador de las baterías poseen, dependiendo del modelo y la marca, diferentes elementos de control capaces de realizar la conmutación entre las fuentes o desconectando la salida de las baterías cuando el nivel de las mismas sea bajo y empezar el proceso de carga, con el objetivo de mantener los equipos en funcionamiento y mantener en buen estado los acumuladores. Al utilizar tanto estos sistemas como uno en que se haga uso de un PLC, básicamente no se requeriría el uso de otros dispositivos de control, más allá del utilizado para la activación del generador de combustible. Este en muchos casos viene incorporado (arrancado automático) o en caso contrario, existen dispositivos de arranque para generadores de combustible en caso de falla del sistema. 2.5.3 Parámetros de un controlador Los controladores poseen distintas características dependiendo del uso que van a tener. Para las necesidades del sistema fotovoltaico los parámetros más importantes son: La corriente máxima que va a circular por los circuitos de los inversores y cargadores, así como el de la alimentación del hogar que va a estar dependiendo del controlador. Otro parámetro es el voltaje al que trabajan los elementos, ya sea en AC o DC, y los valores máximos de los mismos. Se pueden programar diferentes parámetros que dependen del sistema que se utilice y la configuración de los elementos. Dichos parámetros pueden ser: tiempo de carga de las baterías, voltaje de carga total de los acumuladores, voltaje mínimo de las baterías, y voltajes de funcionamiento de las cargas, las baterías, el inversor, el panel solar y el generador a base de combustibles fósiles. 20 2.6 Generadores a base de combustible Para las ocasiones cuando las baterías estén descargadas y el servicio eléctrico no esté disponible, se va a hacer uso de generadores que utilizan combustible. Existen generadores que son alimentados por gasolina, diesel o gas. Los tres se componen básicamente de los mismos elementos, donde el motor de combustión interna alimenta un generador eléctrico, que suele ser una máquina sincrónica. También tienen los depósitos de combustible y aceite, arrancador, dispositivos de protección (disyuntores) y de medición (tacómetro y voltímetro). Asimismo tienen dispositivos electrónicos para la regulación del voltaje y frecuencia en función de la carga. Igualmente tienen algún elemento para disipar el calor de los equipos y esta función se hace por medio de aire, aceite o de agua. Todo lo anterior se monta en un chasis que posee elementos de amortiguación para la reducción de las vibraciones. [21] 2.6.1 Generadores a gas Tienen un costo de mantenimiento más bajo, funciona muy bien a bajas temperaturas, es relativamente silencioso y posee un nivel bajo de vibraciones. Tienen la ventaja, asimismo, que el rendimiento de combustible es superior a los otros tipos, y contamina en menor medida el ambiente. 2.6.2 Generadores a gasolina Se encuentran para capacidades menores a 6 kVA, generalmente. Son refrigerados por medio de aire y cuentan con dispositivos automáticos para este fin. Tienen la desventaja de que el costo del combustible es el mayor de los casos estudiados. 21 2.6.3 Generadores a diesel Son de tamaño mayor y hacen más ruido que los anteriores. Se encuentran para capacidades de 6 kVA en adelante, generalmente, y operan de 1500 r.p.m. a 3000 r.p.m. Su sistema de refrigeración es por medio de agua, aceite o agua. Los generadores diesel tienen la ventaja en comparación con los generadores gasolina en que el combustible es más barato, pero la desventaja de que el mantenimiento es más caro. 2.6.4 Parámetros de los generadores a base de combustible [20] Para adquirir un generador, se necesita conocer ciertos parámetros, los cuales elegidos correctamente nos ayudarán a escoger el generador adecuado. El primero de los mismos es la autonomía, el cual es el tiempo que el generador va a funcionar sin ocupar un repostaje de combustible. El mismo proporcional al tamaño del tanque del combustible. También es importante conocer los costos relacionados con el mantenimiento de los generadores, ya que los mismos, al tener partes móviles, requieren cambio de lubricante, filtros, bujías y revisión de válvulas, tornillos, tuercas, elementos de amortiguamiento, entre otros elementos. La potencia del motor térmico es un factor importante ya que indica la potencia que entrega el motor de combustible al generador eléctrico. El mismo se encuentra comercialmente en caballos de fuerza. Del motor también se conoce la velocidad de giro del mismo, el cual se expresa en revoluciones por minuto (r.p.m.) La potencia eléctrica que entrega el generador es un parámetro esencial ya que nos dice si el generador de combustible va a ser capaz de soportar la carga eléctrica que se le 22 conecte. Por lo tanto, la capacidad del generador debe ser mayor a la potencia que consumen las cargas. El mismo se da en kVA, la potencia aparente, y en kW, la potencia activa. Finalmente, otros parámetros importantes son el tipo de protección contra fallas eléctricas que tenga, nivel de sonido que emite y el tipo de arrancador que posee el generador, sea manual o automático. CAPÍTULO 3: Análisis de cargas Para la selección de los elementos que van a conformar nuestro sistema, se requiere el análisis de la carga que va a estar conectada al mismo. El caso de estudio tiene los siguientes componentes disipadores de energía, los que se enlistan en la tabla 3.1, junto con la potencia que disipan y el tiempo de uso diario. Tabla 3.1 Cargas conectadas Carga Potencia (W) Tiempo de uso diario (h) Lavadora* 460 4 Televisor 168 4 Refrigeradora 244 6,28 Iluminación 75 4 Plancha * 1200 3 Microondas 650 0,36 Cocina 1500 2 Otras cargas 300 4 (*): Cargas sólo utilizadas en sábados En la anterior tabla se observa que la cocina representa el consumo más alto del hogar, lo cual incide en la dimensión, parámetros y precio del sistema de generación fotovoltaico y sus dispositivos relacionados. Con el fin de tener un sistema más barato y práctico, para la selección de los elementos del sistema no se va a tomar en cuenta la cocina, dado que la misma se puede conectar directamente a la red eléctrica de servicio público o ser de gas, opción también muy utilizada por las familias en nuestro país. 23 24 Otra consideración que se va a llevar a cabo para el diseño del sistema es separar realizar el análisis de potencia del día sábado separadamente de los días entre semana, debido al alto consumo de los aparatos utilizados este día en labores de lavandería. De acuerdo a lo anterior, se van a analizar dos casos: consumo normal entre semana y consumo en sábados. Los días domingos se considerarán como de consumo intermedio, y para el análisis el peor caso viene dado por el día sábado. 3.1 Análisis de potencia y energía de lunes a viernes Se realiza el análisis del comportamiento de las cargas con su utilización aproximada en el transcurso del día, la energía y la potencia que disipan durante el transcurso de un día por separado y en total. Dicho análisis se resume en la tabla 3.2: Tabla 3.2 Análisis de cargas de lunes a viernes Tiempo de Energía Carga uso diario (h) Hora inicio Hora final disipada (W-h) Potencia (W) Televisor 4 18:00 22:00 672 168 Refrigeradora 6,3 Uso alterno Uso alterno 1537,2 244 Iluminación 4 18:00 22:00 300 75 Microondas 0,36 Uso alterno Uso alterno 234 650 Otras cargas 4 14:00 18:00 1200 300 3943,2 1437 Total Los datos más importantes de la tabla anterior son la energía total requerida y la potencia total consumida, ya que en el caso de la primera a partir de la misma se va a hacer la estimación de la capacidad de los generadores solar, de combustible, así como de las baterías, mientras que con el dato de potencia se va a estimar la corriente que circula por el sistema, con lo que se diseñan los conductores, disyuntores, así como la potencia pico que 25 deben soportar los generadores y el sistema de control. Se va a utilizar este valor para diseñar el peor caso posible (todas las cargas conectadas simultáneamente) y con esto hacer un sistema robusto. 3.2 Análisis de potencia y energía del día sábado Repitiendo el proceso seguido en la sección anterior pero sumando las cargas sabatinas, las cuales se centran en tareas de lavandería, se obtiene la siguiente tabla resumen: Tabla 3.3 Análisis de cargas en sábados Tiempo de Energía Carga uso diario (h) Hora inicio Hora final disipada (W-h) Potencia (W) Lavadora 4 12:00 16:00 1840 460 Televisor 4 18:00 22:00 672 168 Refrigeradora 6,3 Uso alterno Uso alterno 1537,2 244 Iluminación 4 18:00 22:00 300 75 Plancha 3 16:00 19:00 3600 1200 Microondas 0,36 Uso alterno Uso alterno 234 650 Otras cargas 4 14:00 18:00 1200 300 9383,2 3097 Total A través del análisis de la tabla 3.3 se observa que tanto la potencia pico consumida como la energía disipada durante el día sábado aumentan considerablemente respecto a días entre semana. En el caso de la energía, aumenta en un 138% y en el caso de la potencia pico un 116%. Estos cambios tan drásticos pueden acarrear un aumento grande en la inversión a realizar por parte del usuario por lo que es importante tomar en cuenta el factor económico a la hora de efectuar el diseño final, ya sea seleccionando muy bien el uso de las 26 cargas, de manera que no se utilicen de forma simultánea, o dejando que sean alimentadas de manera principal por la red pública. Un gráfico que ilustra aproximadamente el consumo de potencia en el hogar estudiado se presenta a continuación, donde es muy notoria la diferencia de consumo de los días sábado (denotado por el color rosado) al resto de la semana (en amarillo). Potencia consumida (W) Consumo de Potencia diario 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 Sábados Entre semana Hora Figura 3.1 Consumo de potencia diario 3.3 Especificaciones Requeridas Existen diversos criterios para la dimensión y capacidad requerida de las baterías y el panel fotovoltaico, entre ellos el expuesto en la referencia [2], donde se recomienda para un sistema independiente que las baterías tengan una capacidad de almacenaje equivalente a la energía que la carga consume durante el período de 7 a 10 días. Como el sistema propuesto en este trabajo va a estar apoyado por la red pública, dicho requisito puede flexibilizarse con el fin de reducir costos y el espacio que ocupan los acumuladores. Una compilación de las diferentes energías requeridas por la carga para el período desde un día hasta diez días, a partir de los cuales se hará el estudio de mercado de las 27 baterías y el panel se presenta en la tabla 3.4, donde se hace la conversión de energía a capacidades de baterías de 12 V, parámetro comercial. Tabla 3.4 Capacidad requerida por la carga de 1 a 10 días (Batería de 12V) Capacidad sábados (A-h) Capacidad entre semana (A-h) 1 día 781,93 328,60 2 días 1563,87 657,20 3 días 2345,80 985,80 4 días 3127,73 1314,40 5 días 3909,67 1643,00 6 días 4691,60 1971,60 7 días 5473,53 2300,20 8 días 6255,47 2628,80 9 días 7037,40 2957,40 10 días 7819,33 3286,00 A partir de los datos anteriores se nota que la capacidad de las baterías debe rondar entre un valor mayor a 380 A-h, por márgenes de seguridad y para cubrir pérdidas, y los 7819 A-h, de acuerdo a la capacidad económica del usuario, disponibilidad de espacio y robustez deseada del sistema. Asimismo, de la tabla 3.5, que se presenta a continuación, es posible estimar la energía que debe generar el panel solar, la cual debe ser mayor al valor mínimo requerido por el hogar, más un porcentaje por el consumo de los equipos de generación y control, además de las pérdidas. 28 Tabla 3.5 Potencia a generar por los paneles Horas de sol recibidas Potencia sábados (W) Potencia entre semana (W) 1 9383 3943 2 4692 1972 3 3128 1314 4 2346 986 5 1877 789 6 1564 657 7 1340 563 8 1173 493 9 1043 438 10 938 394 11 853 358 12 782 329 Como las horas de Sol que recibe un panel solar varían dependiendo del lugar, del clima y de la época del año, y las horas que genera a plena potencia son reducidas, se puede tomar un valor mínimo de 4 horas en la potencia de días entre semana de la tabla anterior para realizar el diseño. Dicho valor puede resultar bajo para alimentar la casa y prácticamente no es útil para alimentar la carga de lavandería que se utiliza. Además, en días nublados y en invierno la generación no puede ni siquiera alcanzar dicho valor y va a requerirse de la conexión a la red pública. Sin embargo, hay que tener en cuenta el tamaño del panel y el costo del mismo, por lo que paneles mayores a 1000W ya se consideran apropiados para nuestra aplicación. 29 Respecto a la potencia que deben generar el inversor y el generador a combustible, debe ser mayor que todas las cargas conectadas simultáneamente, lo cual es 3,1 kW. Con el dato anterior, y despejándola de la ley de Ohm, la corriente que deben soportar el controlador y los conductores debe ser mayor a 30 A AC, aunque igualmente se debe dejar un margen de seguridad para asegurar el buen funcionamiento de los dispositivos y evitar sobrecargas y daños a los mismos. CAPÍTULO 4: Sondeo de mercado Tanto en el mercado nacional como en el exterior existe una variedad de productos que cumplen los requisitos que se trazan para el caso de estudio. En naciones como Estados Unidos y también en países de Europa existen los incentivos por el aporte de energía por parte del usuario a la red eléctrica, por lo que se venden sistemas que conectan el sistema fotovoltaico a la red pública y el excedente que no es utilizado por el hogar pasa al sistema interconectado. En este caso, el abonado no acumula energía durante el día por lo que en horas de la noche la carga del hogar es abastecida por el servicio público. Dichos sistemas se conocen como “Grid-tie systems” y los mismos tienen una configuración parecida a la que se ha presentado en este documento con la excepción de que no existen acumuladores ni cargadores, por lo que dicho sistema se compone del panel solar, el inversor y el sistema de transferencia de energía. Asimismo, se encuentran productos para los “grid-tie systems with backup”, sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica pero que cuentan con dispositivos almacenadores de energía, y cuyo funcionamiento es el mismo del sistema del caso en estudio. Para la utilización en sistemas como el mencionado estén compañías como Outback Power, Xantrex y SMA, los cuales fabrican y comercializan controladores, cargadores/inversores, reguladores y medidores. Otras compañías como Mitsubishi y Kyocera producen paneles solares. Para estos productos existen distribuidores, en Costa Rica como en el extranjero de donde se consiguieron los precios y características que se detallan a continuación: 30 31 4.1 Paneles Solares Para los paneles solares que fueron estudiados se comparan los parámetros más importantes de los mismos, los cuales son marca, modelo, precio, dimensiones y peso. Estos dos últimos son importantes ya que es partir de dichos datos se puede conocer la compatibilidad del sistema con el espacio físico que se posee, además de las bases sobre las cuales se deben colocar y el peso que debe soportar el lugar sobre el cual se asienten, sea un techo, una azotea o un lugar específicamente diseño para tal fin. También se enlistan los datos de voltaje pico a plena carga, voltaje pico a circuito abierto y potencia, los cuales son los más importantes ya que nos indican cuántos módulos son necesarios para alimentar la carga, así como la conexión más apropiada a realizar entre los mismos para el funcionamiento del regulador de carga de las baterías y del banco de baterías. Los diferentes datos obtenidos se presentan en la tabla 4.1: 32 Tabla 4.1 Paneles Solares Volt. Circ. Marca Modelo Volt. Pico Potencia Precio Abierto Dimensiones Peso 1570 x 951 mm 18,23 kg 1610 x 810 mm 15 kg 1658 x 834 mm 19,5 kg 1425 x 625 mm 12,18 kg 1255 x 1166 mm 17,04 kg Evergreen ES – 180 25,9 V 32,6 V 180 W $ 1205 35,7 V 44,4 V 175 W $ 1165 24,2 V 30,4 V 180 W $ 1206 Solar (*) Solar SW- World (*) 175mono Mitsubishi PV- Solar (*) MF180UD4 Kyocera (*) KC130TM 17,6 V 21,9 V 130 W $ 790 GSE-120 37 V 52 V 120 W $ 850 Global Solar (*) (*): Precio en Estados Unidos. Obtenido de [7] 4.2 Reguladores de carga. Los reguladores de carga se consiguen principalmente de dos tipos: el Pulse Width Modulator (PWM), los cuales desconectan la alimentación una vez que el voltaje de las baterías indican que están totalmente cargadas y la vuelven a conectar una vez que el mismo ha bajado aproximadamente un volt. Esta conmutación se realiza de manera muy rápida, lo que mantiene las baterías a una carga plena siempre que la alimentación se encuentre disponible. De igual forma se consiguen los reguladores (MPPT) Maximum Power Point Tracking, que toman la potencia de la alimentación al voltaje al cual es entregada la máxima potencia, de donde proviene su nombre. Ese voltaje es convertido a un voltaje apropiado para cargar la batería. Estos reguladores permiten un voltaje de alimentación alto, lo que provoca menores corrientes para la misma potencia, lo que deriva 33 en cables de menor calibre, y por tanto de menor costo. Los reguladores MPPT, permiten incrementar la entrega de potencia hasta en 30% respecto a un sistema fotovoltaico conectado directamente al banco de baterías. Para los reguladores, se compilaron datos mecánicos como lo son dimensiones y el peso, también se presenta el precio, y datos eléctricos como lo son la corriente máxima que soportan, el voltaje máximo de circuito abierto que se les puede aplicar, el voltaje de operación de los paneles solares, el voltaje de carga de las baterías, el cual puede ser programado por el usuario o también es detectado automáticamente por el dispositivo. Se presentan el modelo, marca y tipo de tecnología utilizada (PWM o MPPT). 34 Tabla 4.2 Reguladores de carga Voltajes de Corriente Volt. Máx Marca Modelo Tipo Precio carga (VDC) máx (DC) Dimensiones Peso circ. Ab. Apollo T-80 MPPT $ 849 12, 24, 48 V 80 A 140 V 38,5 x 21,5 x 11,1 cm 10 kg MPPT $ 650 12-60 V 60 A 150 V 36,8 x 14,6 x 13,9 cm 5,45 kg MX-60 MPPT MPPT $ 649 12-60 V 60 A 140 V 36,8 x 14,6 x 14,6 cm 5,45 kg SB6024H MPPT $ 432 12, 24 V 60 A 140 V ND ND SS-15MPPT MPPT $ 278 12, 24 V 17 A 75 V 16,8 x 6,98 x 5,59 cm 0,75 kg C-60 PWM $ 199 12, 24 V 60 A ND ND ND SK-6 ND $ 63 12 V 6A ND ND ND Solar (*) Xantrex XW-MPPT60- (*) 150 Outback (*) Blue Sky Energy (*) Morning Star (*) Xantrex (*) Morning star (**) (*): Precio en Estados Unidos. Ver referencia [7] (**): Precio en Costa Rica. Ver referencia [25] 4.3 Cargadores/inversores En el mercado existe actualmente una diversa gama de productos diseñados para su utilización en conjunto con la red eléctrica pública y con el aporte de energía acumulada en baterías para el apoyo del sistema cuando no haya radiación solar. Estos sistemas en el mercado se conocen como grid-tie systems with back-up. Los inversores/cargadores que se usan en este tipo de sistema poseen sistemas de control integrados que realizan la conmutación necesaria cuando el nivel de las baterías es bajo y su función pasa de convertir 35 el voltaje DC de las baterías en AC para su utilización en el hogar a una función de carga de las baterías por medio de la red eléctrica. El umbral del voltaje al cual se realiza la conmutación puede ser seleccionado por el usuario a través de interfaces diseñadas para tal fin. También algunos de estos dispositivos poseen salidas extras para el arrancado de generadores de combustible, en caso de que no haya servicio eléctrico ni carga acumulada en las baterías. La eficiencia de estos inversores es cercana al 90% en todos los modelos observados. Los datos de voltaje de entrada, voltaje de salida, potencia, corriente máxima y datos mecánicos se resumen en la tabla 4.3, Tabla 4.3 Inversores/cargadores Marca Voltaje Voltaje entrada DC salida AC 24 V Modelo Potencia Precio 120 V 3500 W 24 V 120/240 V 48 V 120 V Dimensiones Peso $ 2345 30 x 21 x 41 cm 24,54 kg 4000 W $ 3250 58 x 41 x 23 cm 52,27 kg 4200 W $ 4370 39 x 59 x 24,5 cm 39 kg OutBack GVFX3524 Power (*) XW-4024Xantrex (*) 120/240-60 Sunny 4248 U Island (**) (*): Precio en Estados Unidos. Ver referencia [7] (**): Precio en Costa Rica. Ver referencia [25] 4.4 Baterías Los parámetros que se resumen en la tabla 4.4, y que se refieren a los acumuladores para ser utilizados para la reserva de energía son: Capacidad en amperios-hora, volts DC, precio, dimensiones y peso. Para ajustar el voltaje a uno apropiado de acuerdo a los demás 36 elementos del sistema y la capacidad a los requerimientos de la carga se pueden realizar diversos arreglos paralelo-serie, en donde la formación de series van a aumentar el voltaje del arreglo, y la formación de paralelos va a aumentar la capacidad del sistema para un mismo voltaje. A continuación se presenta la tabla 4.4: Tabla 4.4 Baterías Marca Modelo Capacidad Voltaje DC Precio Dimensiones Peso MK (*) S8D-SLD-G 225 A-h 12 V $ 590 52,8 x 27,9 x 25,4 cm 73 kg Trojan (*) SCS-225 130 A-h 12 V $ 179 33,7 x 17,1 x 24,8 cm 30 kg Surrette (*) 12-CS-11PS 357 A-h 12 V $ 1001 55,8 x 28,4 x 46,2 cm 123 kg IEB (**) IEB 12-200C 200 A-h 12 V $ 350 ND ND (*): Precio en Estados Unidos. Ver referencia [7] (**): Precio en Costa Rica. Ver referencia [25] 4.5 Generadores a base de combustible Se utilizarán como respaldo para cuando los otros sistemas no sean capaces de aportar energía. Entre sus características se estudió la capacidad de generación en régimen continuo que poseen, la potencia pico que pueden brindar, la capacidad del tanque, que se relaciona directamente con el tiempo de autonomía del generador, el voltaje de generación y la corriente máxima que puede trasegar el generador. Todo lo anterior con respecto a características eléctricas. Con respecto a la disponibilidad de los equipos, los tres generadores estudiados se entregan en nuestro país, el distribuidor y el precio al cual se pueden conseguir se presentan a continuación en la tabla 4.5, al igual que las especificaciones eléctricas nombradas anteriormente. 37 Tabla 4.5 Generadores combustible Marca Potencia Potencia Continua pico 4,3 KVA 5,5 KVA 4,5 gal 240/120 V 22,9/45 A 5 KW 5,5 KW 12,5 l 220/110 V N.D. CH 250-1 5,25 kW N.D. N.D. N.D. Tanque Voltaje Corriente Encend. máx. eléct. Precio Distribuidor ValsiEvans Neo Si No ¢ 728110 Capris N.D. COFERSA ¢ 699 995 EPA Briggs & Straton (**): Precios en Costa Rica. Ver referencias [31] y [32] N.D. CAPÍTULO 5: Características de los sistemas de control comerciales para aplicaciones FV En el presente capítulo se profundiza sobre las características que poseen los diferentes sistemas de control que vienen incluidos en los inversores/cargadores que se encuentran en el mercado y que se presentaron en la tabla 4.3. 5.1 OutBack GVFX3524 [26] En este inversor/cargador vienen integrados un inversor DC a una onda sinusoidal , un cargador de baterías y un conmutador de AC en un chasis de Aluminio. Debido a la rápida conmutación que ofrece es útil para su uso en equipo de computación y otros equipos electrónicos como aparatos de televisión. Otra ventaja que ofrece para el uso con este tipo de aparatos electrónicos es la baja distorsión armónica que tiene, que ya tiene un valor menor al 2%, así como la regulación de voltaje, cuyo valor es ± 2% De la misma manera, su capacidad de sobrecarga permite que las altas corrientes de arranque de elementos como lavadoras, bombas y aires acondicionados no representen un problema para el sistema. Como se presenta en la tabla 4.3, el voltaje nominal del banco de baterías debe ser 24V, aunque el rango de trabajo de los acumuladores va desde 22V a los 32 VDC. La corriente máxima de entrada de las baterías que soporta es 300 A, valor que se utiliza en las condiciones extremas de arranque de motores o cargas muy grandes. El valor nominal de corriente aportado por las baterías es 170 A. 38 39 Con respecto al voltaje de entrada por parte de la red eléctrica, el GVFX3524 trabaja en el rango de 90 VAC a 150 VAC. No es recomendable la conexión de un generador de combustible, por lo que si se desea el apoyo del mismo, debe estar a la salida del inversor, y activarse cuando el mismo no provea energía. La frecuencia del servicio debe rondar entre los 58 Hz y los 62 Hz. La corriente máxima de entrada por parte del servicio eléctrico es de 60 A a 120 VAC /60 Hz. Esta corriente alimenta la carga del hogar y además va a ser utilizada para la recarga de los acumuladores. Cuando la corriente que consume el hogar y las baterías es mayor a un valor programado por el usuario en el controlador, el mismo deja de recargar las baterías para alimentar únicamente la casa. Para el cargador, el valor máximo recomendado de corriente es de 20 A AC, el valor programado es de 18 A AC La corriente máxima de salida que soporta es de 70 Amperios, valor que puede darse por 0.16 segundos. Después de 5 segundos con este valor de corriente circulando, el inversor se va a desconectar. La potencia máxima continua que aporta el inversor es de 3500VA, y su eficiencia es de 92%. Este sistema de control posee indicación por medio de LED´s los cuales indican rangos de carga de la batería, funcionamiento actual (cargando, inversor encendido, en falla), además de un dispositivo extra que se puede incorporar y el cual va a dar indicaciones más detalladas sobre el funcionamiento del aparato. Este dispositivo se llama MATE y es requerido para un uso más eficiente del dispositivo y para la mejor interconexión del controlador con el regulador de carga de las baterías. Mediante el MATE se programa los parámetros umbrales de las baterías. Estos umbrales son: el voltaje para el cual las baterías están cargadas totalmente, el tiempo de 40 carga, el cual es el tiempo que se mantiene la batería cargando. También se define el voltaje de reflotación, el cual es el voltaje hasta el cual las baterías van a alimentar el sistema, y cuando se llega a este se va a volver a reiniciar el ciclo de carga. En caso de no adquirir el MATE, el controlador de Outback posee todos estos valores pre-programados. Una vez que el sistema se ha armado, el mismo se energiza cerrando el breaker. Después de esto, y si se detecta señal en la red pública, el sistema se va a conectar al mismo después de 30 segundos. Después de un período de 5 minutos (período requerido por regulaciones de la UL), el controlador va a empezar a cargar las baterías o empezar a entregar energía a la red pública si las baterías están en carga total y el panel solar se encuentra generando energía. Esto es especialmente útil para el caso de contar con medidores bidireccionales, con los cuales uno vende energía al sistema eléctrico. Existen países que dan incentivos fiscales y económicos para los usuarios de la red pública que vendan energía al sistema interconectado. Si la carga requiere un voltaje de 240 VAC, se pueden utilizar en conjunto dos inversores/cargadores, opción que es viable gracias a la expansión que provocan otros elementos que se pueden agregar al controlador y que son fabricados por la misma compañía. En este caso, aparte de ser necesaria la compra de los dos cargadores/inversores, es imprescindible la adquisición de los otros dispositivos periféricos fabricados por Outback. Las dimensiones para envío son 55 x 33 x 56 cm y el peso del paquete es de 28 kg. 41 5.2 Xantrex xw4024 [27] A igual que el cargador/inversor de Outback, el xw4024 de Xantrex posee el cargador de baterías, el inversor de onda senoidal y un conmutador de AC incorporados. Respecto al anterior modelo, posee la ventaja de que posee la opción de conectar un generador de gasolina o diesel para alimentar la carga cuando el servicio público no esté en funcionamiento y las baterías estén descargadas. El arrancado de este generador se hace por medio de un accesorio opcional que vende Xantrex y que tiene compatibilidad con el controlador. Las conexiones internas impiden que la energía producida por el generador salga a alimentar la red pública. Otra ventaja presente en este controlador respecto al anterior que fue analizado es la posibilidad de que la entrada sea de 120 VAC o de 240 VAC. De la misma forma, la salida del inversor posee dos líneas vivas y un neutro, por lo que se pueden obtener 120 VAC o 240VAC o la salida con sólo un inversor/cargador. El rango del voltaje de entrada es de 80 VAC a 150 VAC para un voltaje nominal de 120 VAC. Para un voltaje de entrada nominal de 240VAC, trabaja con un rango que va de 160 VAC a 270 VAC. Las corrientes máximas de entrada que soporta son 27.5 AAC de línea-neutro y 18.3 AAC de línea-línea. El desbalance máximo con que trabaja es de 75% entre la línea 1 y el neutro y la línea 2 y el neutro. Respecto a la frecuencia de entrada con que el controlador va a funcionar es de 55 Hz como mínimo a 65 Hz como máximo, valores que vienen por defecto. Sin embargo, permite valores desde 44 Hz y hasta 70 Hz. 42 El voltaje nominal por parte del banco de acumuladores es de 25.2 VDC, aunque el rango de funcionamiento abarca de 22 VDC a 32VDC. A potencia nominal, la corriente máxima aportada por la fuente DC es de 171 A. La salida del xw 4024 es de 4000 W en condiciones normales y de 8000 W en condiciones de sobrecarga. Esta se da en arranque de motores que están presentes en artículos como refrigeradores y compresores, y el inversor puede aportar esa potencia por un lapso de 10 segundos. La corriente máxima de salida en estado nominal es de 25 A de línea a neutro y 16.7 A de línea a línea. En condiciones de sobrecarga, se admiten corrientes de 70 Arms de l-n y una corriente de 35rms de l-l. Las corrientes de sobrecarga pueden ser aportadas por un período máximo de 7 seg. El voltaje de salida es de 120 VAC ± 3% de línea a neutro y 240 VAC ± 3% l-l. La frecuencia de salida es de 60 Hz ± 0.1%. La distorsión armónica es menor al 5%, y la eficiencia es de 91% de acuerdo a los estándares de la CEC (California Energy Comission). El factor de potencia corregido en función de carga es de 0.98. El conmutador de AC soporta una corriente de 60 A, cuando se transfiera energía directamente del cableado público a la carga del hogar. El controlador de Xantrex ofrece una interfaz con el usuario más amigable ya que posee una pantalla donde indica claramente la conexión con el servicio eléctrico, la conexión con las baterías, el nivel de las mismas, funcionamiento del controlador, activación del generador auxiliar de combustible, así como la potencia que se genera en cada instante cuando se encuentra en modo de inversor o la corriente con la que se está cargando las baterías en modo cargador. De igual forma, da reporte de fallas y advertencias de mal funcionamiento. 43 Mediante la pantalla de comunicación con el usuario y mediante los controles que posee se pueden realizar diferentes funciones como el modo de espera, donde se deshabilita el cargador y el inversor. También se puede desactivar de la misma manera la carga de las baterías por parte del regulador de carga FV. Igualmente a través de la interfaz se puede seleccionar modo de búsqueda, donde no se genera potencia por parte del inversor hasta que se detecte cierta cantidad de carga conectada. Se pueden seleccionar diferentes parámetros del controlador, como la potencia umbral del modo de búsqueda, tiempo de separación entre pulsos en modo de espera, los voltajes de corte de las baterías en carga y descarga, el tipo de baterías, capacidad de las mismas, rango de voltajes y frecuencias para la señal de entrada, tanto de la red como del generador de combustible. De la misma manera, se puede programar la recarga de baterías a ciertas horas predefinidas o el bloqueo de carga de las mismas a ciertas horas, lo cual es especialmente útil para evitar la carga de las mismas por parte del servicio interconectado a horas de mayor irradiación solar. Entre los parámetros capaces de manejar se encuentra una que establece prioridades entre las fuentes de alimentación de AC, lo que permite, por ejemplo, alimentar el controlador por medio de una fuente de energía renovable de AC (micro-planta hidro) y establecerla como de uso prioritario sobre la red. De este modo, el servicio interconectado sólo sería utilizado en caso de fallo de ambos sistemas de generación renovables (hidro y fotovoltaico) o cuando los mismos no sean suficientes para abastecer las carga conectada. La compañía Xantex produce también reguladores de carga fotovoltaicos, arrancadores de generadores diesel/gasolina. Asimismo ofrece paneles para montar e integrar todos los productos anteriores, los cuales incorporan cableados, disyuntores, y 44 dispositivos de comunicación entre las terminales para una completa compatibilidad entre los diferentes elementos del sistema. Para fines de envío y transporte las dimensiones del equipo son 71.1 x 56.5 x 26.7 cm y su peso es de 55 kg. 5.3 Sunny Island 4248U [28] Este inversor/cargador posee muchas similitudes con los otros dos analizados anteriormente, sólo que no posee la capacidad de entregar energía a la red eléctrica, algo que igualmente no es una necesidad del sistema en estudio. Trabaja con voltaje de entrada de 120 VAC, con un rango que va de desde los 80 VAC hasta los 150 VAC. La frecuencia nominal de la señal de entrada es de 60Hz, aunque permite frecuencias que van desde los 54 Hz a los 66 Hz. Para la carga de las baterías permite un máximo de 40 AAC a 25°C y para la transferencia hacia la carga permite 56 AAC. Respecto al voltaje que deben tener las baterías, el nominal es de 48 VDC, el mínimo es 43 VDC y el máximo es de 63 VDC. La eficiencia del inversor varía dependiendo de la carga que tenga conectada, siendo mínima cuando entrega 150 W, ya que es del 85%, presentando eficiencia máxima cuando entrega 1 kW, con una efectividad del 95%. A potencia nominal, o sea 4200 W, la eficiencia corresponde a un 91% En cuanto a las interfaces que tiene con el usuario, el controlador cuenta con LEDs, pantalla LCD, botones y puerto serial. 45 El controlador de Sunny Island da la posibilidad de controlar el arranque y el apagado de motores de respaldo de dos hilos. El uso de motores de tres hilos puede resultar en un daño al generador y al controlador. Otro de los sensores que viene incorporado con el 4248U es un sensor de temperatura de las baterías, el cual para controladores de otras marcas se vende por separado. El controlador posee, de igual forma, un ventilador para regular la temperatura de los componentes. Esta es otra ventaja respecto de los cargadores/inversores analizados con anterioridad, ya que los mismos eran enfriados por convección natural del aire. Para obtener voltajes en la carga de 240 VAC, se hace necesaria la utilización de dos dispositivos 4248U, uno dirigiendo y el segundo siendo “esclavo” del primero. De esta forma, el aporte de cada uno al sistema va a ser de 120VAC, sumando 240VAC, pero tareas como la carga de baterías, la realiza únicamente el controlador “maestro”. Mediante la interfaz con el usuario, se deben introducir los datos de tipo de batería, capacidad de las mismas, corriente máxima de carga de los acumuladores, los tiempos y voltajes relativos a la función de carga. También la interfaz aporta datos de medidores, ya que da el voltaje, frecuencia, potencia y la corriente del inversor, voltaje, corriente, carga, temperatura y estado de las baterías. En caso de tener un generador de combustible conectado, el controlador también da las mediciones correspondientes al mismo. A través del mismo medio, se pueden modificar parámetros como lo son el voltaje y la frecuencia de salida del inversor, el control del generador de combustible, así como la operación respecto a la carga de baterías y al arranque del generador. También el reporte de fallas y las advertencias se dan por medio de dicho monitor. 46 Respecto a la conexión de equipo de cómputo y otro tipo de equipos electrónicos delicados, el controlador de Sunny Island es muy apropiado debido a la rapidez de conmutación que posee (20 ms) entre las funciones de carga y de inversor, por lo que los equipos no se van a apagar. Otra característica importante para este tipo de equipo es que posee una distorsión armónica menor al 3%. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES La conciencia que se ha creado en la gente alrededor del mundo respecto a la conservación del medio ambiente ha hecho que la utilización de energías renovables crezca a pasos acelerados. Esta demanda ha hecho que diversos fabricantes se hayan dado a la tarea de automatizar la transferencia de energía hacia la carga y regular el funcionamiento del sistema cuando existen diversas fuentes de energía. En el caso de estudio, el aporte de energía se realiza por medio de una fuente renovable, como lo es la energía solar, además de la red eléctrica interconectada y un generador a base de combustible para respaldo. El costo de los paneles fotovoltaicos puede ascender a $7230, utilizando 6 paneles conectados en paralelo de los modelos producidos por Mitsubishi o Evergreen Solar, ambos que trabajan a 24VDC, y que se detallan en la tabla 4.1. Dicha cantidad producen 1080 W de potencia. Si se colocaran 7 paneles, la cantidad generada ascendería a 1260 W y el precio a $8435. A estos precios hay que sumarlos los gastos de traslado e importación desde Estados Unidos. De la misma manera, hay que sumarle los impuestos correspondientes. Con respecto al generador de combustible, el costo del mismo asciende alrededor de $1400, a lo que hay que sumarle costos de transporte, el cual es bajo en comparación con el costo del generador, debido a su bajo peso y su disponibilidad en nuestro país. Los sistemas de control para sistemas fotovoltaicos se dan principalmente en dos procesos: el de carga de los acumuladores por parte de las celdas fotovoltaicas y el de transferencia de energía entre las distintas fuentes y de las mismas hacia la carga. 47 48 Debido al alto desembolso que requieren y al uso cuidadoso que necesitan las baterías y en general los diferentes elementos que componen un sistema FV, los sistemas de control se hacen esenciales para maximizar la vida útil de los elementos, así como obtener el aprovechamiento óptimo de la energía aportada por el Sol. Respecto a los reguladores de carga para celdas FV, los mismos poseen algoritmos que permiten obtener un aprovechamiento máximo de la energía que son capaces de producir las celdas, haciendo que las mismas trabajen en el punto de máxima entrega de potencia, si las mismas son MPPT, o desconectando la alimentación si los acumuladores se encuentran totalmente cargados si son PWM. Los reguladores de carga son imprescindibles ya que de no existir, las baterías se dañarían por el incremento de voltaje que presentan las celdas solares a circuito abierto. Los reguladores que se pueden conseguir comercialmente y que cuentan con compatibilidad con los controladores estudiados, rondan los $650 en Estados Unidos, por lo que habría que sumar los costos de importación, traslados e impuestos. Dichos reguladores funcionan para cargar baterías de 24 VDC, las cuales parecen ser las más apropiadas para nuestro sistema, dada la potencia y el voltaje nominal de los cargadores/inversores. Los inversores/cargadores y el circuito de control que poseen son asimismo primordiales en el funcionamiento de un sistema grid tie, ya sea con el respaldo de baterías o sin él. Lo anterior porque dichos elementos permiten establecer prioridades en la utilización de energía por parte de las diferentes fuentes, de modo que se pueden instaurar parámetros para la utilización fundamental de energías renovables. Otra razón por la que resultan fundamentales es porque protegen los elementos que componen el bloque de generación, así como también las cargas que estén conectadas al mismo. Esto por la calidad de la señal que producen, así como la rapidez de conmutación 49 que logran, evitando así daños a los equipos electrónicos delicados, pero igualmente siendo muy robustos para otras aplicaciones que requieren alta potencia, como lo es el arranque de motores, refrigeradores y compresores. Esta robustez y calidad de la señal los diferencian de otros dispositivos que se pudieran utilizar pero que no ofrecen las mismas garantías, y dada la inversión económica tan importante que representa un sistema FV y sus componentes es recomendable la utilización de equipos que aseguren la protección y el funcionamiento adecuado de los mismos. Entre los controladores estudiados, el de Xantrex es el más apropiado para la carga propuesta, esto debido principalmente a que se puede obtener un voltaje de salida de 120/240 VAC con un único inversor, lo que representa un menor costo total, espacio, peso, conexiones y programación, a diferencia de los otros modelos de las otras marcas analizadas, que requieren de dos inversores para obtener dicho voltaje a la salida. Otra ventaja que posee el modelo es la posibilidad que ofrece el mismo para el arranque, por medio de un elemento opcional, de generadores de combustible de dos o tres hilos para respaldo, los cuales son gobernados por el mismo controlador. Las características de corriente de sobrecarga, son superiores a los otros modelos, aunque la eficiencia, programación e interfaces con el usuario son similares a los otros modelos estudiados. La distorsión armónica de la señal es mayor a los otros modelos, aunque es menor al 5%. Con esas características, el costo del cargador/inversor resultaría en $3250, según la fuente consultada, a la que habría que sumar los costos antes mencionados. Con respecto a las baterías, se puede utilizar 4 baterías de 200 A-h, 12 VDC, del modelo IEB12-200C, que pueden ser adquiridas en Costa Rica, y que deben ser montadas dos en serie, para formar dos paralelos de 24VDC. El costo de dicho arreglo sería de $1400. 50 Como se observa, el costo de los elementos para montar un sistema de generación fotovoltaico es bastante alto. Es por esto que ciertos países han creado incentivos fiscales o económicos para sistemas FV conectados a la red pública para incrementar el atractivo de la instalación de dichos sistemas y así ayudar a los generadores instalado por las compañías de electricidad, y de paso ayudar a la conservación del ambiente, aspecto esencial debido al rápido deterioro que sufre el planeta. Se hace latente, de esta manera, la necesidad de incentivos para la utilización de estas tecnologías, como lo hace el Proyecto de Ley: “Ley para fomentar la generación eléctrica por medio de micro y pequeñas empresas”, propuesto por el diputado Carlos Salazar Ramírez, en abril de 2006 [30] . Dicho texto promueve la exoneración de impuestos de venta y selectivos de consumo a los equipos de generación eléctrica en base a energía renovable, así como del impuesto de la renta a personas y empresas que se dediquen a esa actividad, lo anterior con ciertas restricciones. Proyectos como el anterior, se pueden complementar con la compra de energía a precios preferentes a generadores FV, como sucede en países de Europa y Norteamérica. Lo anterior es especialmente atractivo para sistemas conectados a la red, o grid-tie, donde la inversión inicial que supone la instalación de los elementos acumuladores de energía, se puede eliminar, dado que el exceso de energía que se produce en determinado momento es vendido a la red eléctrica y cuando no hay irradiación solar la energía eléctrica se compra. Para el anterior propósito, eso sí, se requiere la utilización de un medidor especial, el cual mide la energía transferida en ambas direcciones. Los sistemas FV como el analizado en este trabajo y otros similares, pueden resultar una opción interesante para diversos entes ecologistas e inversionistas, con la capacidad de hacer un importante desembolso económico, así como personas de zonas alejadas. Lo 51 anterior queda demostrado en la amplia gama de productos enfocados hacia el uso en estos sistemas y el desarrollo que estos han obtenido en los últimos años. RECOMENDACIONES A través del sondeo de mercado realizado y de los altos precios encontrados para los sistemas, es de notar que los mismos son poco accesibles para el grueso de la población. Sin embargo, debido al impacto positivo que tiene la generación de energía FV por las razones comentadas en el transcurso del texto, es recomendable el análisis por parte de los entes rectores del sector energía de nuestro país sobre la conveniencia de dar incentivos a quien instale este tipo de sistemas. Otra recomendación es el cuidado que hay que prestarle a los equipos utilizados por las tecnologías FV, ya que la falta de robustez y confiabilidad de componentes requeridos o accesorios pueden dañar las celdas, los acumuladores y provocar fallos a la carga conectada. Por lo anterior es aconsejable el uso de reguladores de carga, cargadores/inversores, controladores y elementos de transferencia de energía que cumplan las especificaciones requeridas por los equipos susceptibles a sufrir los daños. Finalmente, el hacer un análisis detallado y minucioso de la carga a conectar al sistema es siempre necesario y va a permitir el funcionamiento adecuado de todos los elementos relativos a la generación y transferencia de energía. Lo anterior permite evitar la sobrecarga, o por el contrario, el sobredimensionamiento de los equipos, ambos extremos que resultan en un perjuicio económico para la persona que hace la inversión. 52 BIBLIOGRAFÍA Libros: 1. Ramírez, J. “Pilas y acumuladores. 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