Tecnología FV Aislada

Tecnología FV Aislada
Frank
k Jackson,
k
Profesor
f
Renewables
bl Academy
d
Misión de Investigación de Bolivia, 25 de noviembre 2013
Tecnología FV Aislada
Tipos
p de instalaciones fotovoltaicas: conectadas a la red
y aisladas de la red
REGULADOR
CAJA DE
CONEXIONES
MÓDULO FV
CARGAS
CARGAS
INVERSOR
BATERÍAS
CONEXION A
RED
CONTADOR INVERSOR
MÓDULOS
Ó U OS FV
Tecnología FV Aislada
FV Aislado
 Rural / remoto en lugar de urbano
 Funciona prácticamente en todas
partes
 Mercado:
d por llo generall llas personas
/ clientes que no disponen de
suministro eléctrico (aunque pueden
tener generador)
 La mayoría de los sistemas aislados
son pequeños
pequeños, 1-2
1 2 módulos
Oficina y aula de la Fundación
Dar in Islas Galápagos
Darwin,
Galápagos, Ecuador
Ec ador
Tecnología FV Aislada
FV Aislado - concepto fundamental
Esto
puede
simbolizar
i b li
varios
módulos
REGULADOR
REGULADOR
BANCO DE
BATERÍAS
C
Cargas
CC
BANCO DE
BATERÍAS
INVERSOR
Tecnología FV Aislada
Principales
componentes








Módulos
Estructura de montaje
Reguladores de carga
Inversores
Inversores-cargadores
g
Baterías
Fusibles
Cargas
REGULADOR
CARGAS
INVERSOR
BATERÍAS
MÓDULOS FV
Tecnología FV Aislada
Principales tipos de módulos disponibles en el
mercado
 Silicio monocristalino - muy común en
sistemas aislados
 Silicio policristalino - muy común en
sistemas aislados
 Silicio amorfo multi-unión
 El ssilicio
coa
amorfo
o o ((lámina
á
a de
delgada)
gada) principalmente en sistemas muy
pequeños
 Módulos no basados en silicio - pequeño
porcentaje de mercado - raramente
utilizados en instalaciones aisladas
Curso RENAC, Ecuador
Tecnología FV Aislada
Silicio monocristalino
Silicio policristalino
Tecnología FV Aislada
Silicio amorfo de lámina delgada
Silicio amorfo multi-unión de lámina delgada
Tecnología FV Aislada
Reguladores de carga
 La función principal es proteger las
baterías
 Permiten una carga de la batería
eficiente
 Monitoreo del sistema
 Los
os ssistemas
s e as co
con inversores
e so es puede
pueden
necesitar un control más sofisticado
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Inversores para sistemas aislados
 Toma CC de las baterías y
suministra de CA a los
electrodomésticos
 Debe ser:
ser
 Eficiente
 Forma
o a de o
onda
da co
correcta
ec a
 Tamaño correcto
Inversor de
500W de
Steca,
diseñado para
su uso en
sistemas FV
aislados
La mayoría de
los inversores
no están
diseñados
para su uso en
sistemas FV
aislados
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Rango de baterías para los
sistemas fotovoltaicos autónomos
 Baterías de plomo-ácido
 ¿Qué tipo de baterías están disponibles a
nivel local?
 ¿Fabricadas localmente?
 ¿Importadas?
 No se recomiendan las baterías
automotrices (SLI),
(SLI) pero se utilizan en
sistemas domésticos donde son la única
opción (battteries de camión, no de
coche)
 2 años de vida máxima, si el tamaño
es adecuado
Figura Tipos de baterías: batería solar Sunset de placa plana (parte superior izquierda);
baterías SLI locales en Kenia, generalmente no se recomiendan, pero son a menudo la
única opción (arriba a la derecha); Celdas Hoppecke de 2V, inundadas, placas tubulares,
de ciclo profundo, recomendadas para sistemas mayores (parte inferior izquierda); Surrette
baterías de 6V
6V, ciclo profundo (parte inferior derecha)
Fuente: Stand-alone Solar Electric Systems,
Hankins, series Earthscan Expert
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Propiedades de las baterías de plomo-ácido de FV
Descripción del tipo
habitual
SLI Modificadas
Células de gel, sin
mantenimiento
Libre de mantenim.
ciclo profundo
Inundadas ciclo
profundo
Construcción
Placas más gruesas que
SLI (Automotriz)
Sin mantenimiento,
selladas
Gel electrolito, placas
tubulares
Electrolito líquido, placas
tubulares, recipientes
transparentes
Propiedades
Moderada a baja pérdida
de agua, baja tasa de
autodescarga
Sin mantenimiento
Bajo mantenimiento,
puede soportar una
descarga profunda
Bajo mantenimiento,
construcción robusta,
buena carga a corrientes
bajas, puede soportar
una descarga profunda
Tensiones unitarias
12 V
12 V
2V–6V
2V–6V
Gama capacidad Ah
60 – 260 Ah
10 – 130 Ah
200 – 12,000 Ah
20 – 2,000 Ah
Tasa de autodescarga mensual
2–4%
3–4%
<3%
2–4%
% DOD - ciclo de vida
(aproximado)
20 % – 1000
40 % – 500
30 % – 800
50 % – 300
(Puede ser menos)
30 % – 3000
80 % > 1000
30 % – 4500
80 % > 1200
Período de
mantenimiento
3 meses aprox.
Ninguna
Monitoreo y limpieza
anual
3 meses aprox.
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Cabinas y salas de baterías
 Una o dos baterías pueden ser
colocadas
l d en cabinas
bi
especiales
i l
 Los grandes bancos de baterías se
instalan en una habitación ventilada
cerrada
 Salas separadas para baterías e
inversores / interruptores etc si las
baterías no están selladas
 Cumplir con las regulaciones
 Acceso únicamente a las personas
autorizadas
Cabinas de baterías de
fabricación local
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Ejemplos potencia - energía






Bombilla de bajo consumo - 18 W x 4 h = 72 Wh
Incandescente - 80 W x 4 h = 320 Wh
Ordenador portátil - 30 W x 4 h = 120 Wh
Computadora de escritorio (cátodo) 200 W x 4 h = 800 Wh (90 W a 300 W)
Calentador de inmersión - 2.000 W x 0.5 h = 1.000 Wh (30 minutos)
Unidad de aire acondicionado - (de pared) - 2.000
2 000 W x 6 h = 12
12.000
000 Wh
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Iluminación y aparatos electrónicos
 Bajo consumo de
energía y potencia,
energía, electricidad,
eficiencia energética
 Los electrodomésticos
de bajo consumo son
cruciales
i l en llos sistemas
i
aislados
Lámparas de bajo consumo
de 12V DC de Steca,
diseñados para su uso en
sistemas fotovoltaicos
aislados, la iluminación es
una de las principales
aplicaciones de sistemas FV
aislados
Este televisor CC de 7" de
Phocos consume 5 W,
menos que una bombilla de
bajo consumo
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Ventiladores de bajo consumo
 Este ventilador consume aprox.
24 W
 Se puede utilizar en 12 VDC, 24
VDC 115 VAC
VDC,
 Una unidad de aire
acondicionado a menudo opera
a 2.000 W
Costa Rica
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Refigeration de bajo consumo
 CC 12 V or 24 V
 Consumo Max 40-100 W
 Funciona con un módulo de 70 Wp en la
mayoría
í de
d llos climas
li
 Se puede utilizar como refrigerador o
congelador
co
ge ado
 Dimensiones 91,7 x 87,2 x 70,9 cm
www.steca.de
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SUPERFICIE
ATMÓSFERA SUPERIOR
La energía solar que cae sobre un metro cuadrado de
superficie de la tierra a pleno sol 1000W equivale a
una barra de una estufa eléctrica
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Dependencia de irradiación sobre el tiempo
Cielo nublado
Principalmente radiación difusa
Cielo despejado, soleado
Principalmente radiación directa
Irradiación W/m2
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Eficiencia de colectores solares
 La cantidad de energía solar que
se puede
d convertir
i en energía
í ú
útil
il
(electricidad o calor)
 La eficiencia instantánea varía
 Rendimiento medio
 La eficiencia no se utiliza
generalmente
l
t en ell
dimensionamiento
1000 W
Radiación solar
1 m2
100 W de energía generada - dispositivo o
proceso es 10% eficiente
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La cuantificación de la radiación solar: kWh/m²
La radiación solar se cuantifica en
kWh/m² - por día o por año
A pleno sol, en un día despejado, con sol en la vertical, la energía solar
(radiación solar) que cae en un área de un cuadrado de la superficie terrestre es
equivalente a alrededor de 1.000 W
Durante una hora esto es kWh/m²
Expresado como cantidad media disponible cada día en un mes determinado:
(kWh/m² por día)
Expresado como la cantidad media disponible en el transcurso de un año:
(kWh/m² por año)
Llamado horas pico de sol (PSH) o también horas de sol completas
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Bolivia - Radiación solar
Tecnología FV Aislada
Ejemplo, la producción de energía del módulo
1 módulo solar x 100 Wp
4 PSH por
p día p
promedio en un mes determinado
Sistema solar aislado doméstico
Wp x PSH x coeficiente de rendimiento * = Wh por día
100 x 4 x 0,6 = 240 Wh por día en promedio
¿Qué puede suministrar esto de forma realista y por
cuánto tiempo?
El dimensionamiento de sistemas reales es más complicado que
esto, depende del tipo de sistema y requiere experiencia
* Los coeficientes de rendimiento varían según el tipo de sistema,
los sistemas conectados a la red generalmente producen más.