PROCESO%20AISLADAS[1]

6 - PROCESO DE CÁLCULO DE INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS.
6.1.- RESUMEN Y NORMAS DE INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS.
Es muy importante respetar todos y cada uno de los consejos que a continuación se detallan; son
la esencia para conseguir un excelente rendimiento y seguir un procedimiento correcto en la instalación y
manipulación de los componentes de un sistema fotovoltaico. En general:
 En general, es conveniente aumentar un 20% el consumo diario calculado (multiplicar por 1'2).
 Lo primero en conectar y lo último en desconectar será la batería de acumuladores.
 Orientar los paneles hacia el Sur, de 30º÷45º en verano y de 55º÷60º en invierno.
 Existen reguladores con alarma de descarga al alcanzar un valor fijado.
 Para pequeñas instalaciones hay paneles con regulador incorporado al panel.
 Utilizando sistemas electrónicos de seguimiento solar a máxima radiación, se incrementa bastante el
rendimiento (hasta un 40% más) y calidad de la instalación.
 Un plan mensual/anual de mantenimiento alarga la vida y rendimiento de la instalación.
 Un voltímetro digital no mide el verdadero valor eficaz de la tensión de salida de un convertidor de
onda cuadrada, hay que multiplicarlo por 1'275.
 Tener en cuenta la tensión máxima en vacío provocada por temperaturas inferiores a 25ºC, que
puede dañar a los convertidores en conexión a red
Respecto a los paneles:
 La placa o panel, rinde más y sufre menos si tiene conectada la batería.
 No es aconsejable dejar la placa irradiada y en circuito abierto, sin carga.
 No tapar ninguna célula de la placa por tiempo indefinido.
 Recuerda la disminución de la potencia del panel por efecto de temperaturas
ambiente superiores a 25º C, o STC.
Relacionado con los acumuladores:
 Evitar descargas muy profundas de la batería mayores del 60% de su capacidad.
 La descarga diaria no superará el 15% de la capacidad total de la batería.
 Normalmente en un día, sólo se carga un 10 ó 15% de la capacidad total de la batería.
 Valores por debajo del 10% de la tensión nominal (10'5V ó 21'5V) son peligrosos para la batería.
 Dependiendo del tipo de batería, existe un auto descarga de unos 4Ah al mes.
 La tensión de carga máxima a 27oC suele ser de 14'1V, por cada grado por encima de este valor la
carga baja 33mV y por cada grado por debajo, aumenta 33mV aproximadamente.
 La capacidad de la batería disminuye por efecto de temperaturas inferiores a 20ºC. ∆tºBat
 EL CÁLCULO OPERA CON UNIDADES DE ENERGÍA, en Wh.
6.2 - Proceso de cálculo de instalaciones solares fotovoltaicas. Justificación del modelo de cálculo.
El método simplificado de cálculo se ha basado en un balance energético diario en las condiciones más
desfavorables, en un balance de energía en Wh/día.
Al final habrá que pasar el valor obtenido de la capacidad de la batería de Whd a Ahd, que es la
denominación normalizada.
El método utiliza valores medios mensuales de radiación global diaria y de la carga. Se considerarán
sólo los valores correspondientes al mes más desfavorable en la relación carga-radiación. Además se debe
definir el número máximo de días de autonomía previstos para la instalación, en función de las características
climáticas de la zona, el uso o finalidad de la instalación, y el número de usuarios.
Para dimensionar este tipo de instalaciones solares fotovoltaicas autónomas, debemos conocer:
¾ Datos sobre la radiación solar media diaria sobre una superficie inclinada en la zona donde se
ubicará la instalación y según la época del año que se utilice (o la peor, que sería en invierno).
¾ Características del panel o generador fotovoltaico utilizado, valorando su rendimiento, ηp.
¾ Necesidades diarias del usuario, teniendo en cuenta todas las pérdidas que le afectan, KT.
¾ Días de autonomía, DAUT o días sin suficiente radiación y con servicio autónomo, y la profundidad de
descarga PD, de la batería utilizada.
Proceso de cálculo de ISF
Curso de Energía Solar Fotovoltaica
1.10
6.2.1.- Radiación solar diaria. HPS.
Los datos de radiación solar los publican varias instituciones, como el Instituto Nacional de
Meteorología y normalmente se expresan en KWh/m2/día, y se le ha llamado HPS (horas de pico solar)
aunque también los hay expresados en cal/cm2/día “Langley”, en Mj/m2/día, 100 mWh/cm2/d, y Wh/m2/d.
A efectos del dimensionado de los paneles nos interesa que se relacionen con las prestaciones
expresadas por los ensayos de los módulos fotovoltaicos que se establecen para condiciones normalizadas
expresando la máxima potencia que alcanza un módulo, llamándole “potencia máxima de pico” o intensidad
máxima de pico y viene expresado en 1000 W/m2, a 25oC, o condición estándar de prueba CEM, o STC.
Así, un valor de radiación de 4’78 KWh/m2/d, indica 4’78 HPS, o lo que es lo mismo, que al cabo de un
día el valor de la radiación normalizada aprovechable que puede captar un módulo es de 4’78 horas, de
manera que si éste tiene una potencia de pico, PP= 100 W, a 18'18 Vp, al cabo de un día el módulo captaría,
teniendo en cuenta su rendimiento, ηp, que a falta de datos concretos estaría cercano al 90%:
Energía captada diaria = HPS x WP x ηp = 4’78 x 100 x 0'9 = 430 Whd
Las equivalencias entre las diferentes unidades son:
1 HPS
1 KWh/m2
100 mWh/cm2
1 Mj/m2
0’2784 Kwh/m2
27’84 mWh/cm2
1 cal/cm2
0’0116 Kwh/m2
1’162 mWh/cm2
6.2.2.- Necesidades diarias del usuario, Nu.
Debemos conocer el consumo de los receptores, expresados en vatios (W) (si viene en
amperios,(A), multiplicar por el valor de la tensión de uso, normalmente 12 V) además de las horas
hipotéticas o calculadas de uso de cada receptor.
Si la instalación tiene un convertidor de c.c./c.a. hay que tener en cuenta su rendimiento η para
calcular la potencia o energía que realmente absorberá de la entrada en corriente continua, pero sólo ese
receptor. Así una carga de 1 KW, conectada a un convertidor de rendimiento η = 85%, absorbería realmente
en su entrada:
P
Pr =
η
= 1000 / 0’85 = 1.176’47 W
No existe unanimidad a la hora de cuantificar las horas medias de uso de los diferentes receptores,
teniendo que determinarlas en cada caso en función del uso que se vaya a dar a la vivienda, permanente,
fin de semana o uso esporádico, del número de ocupantes y del confort buscado.
La siguiente tabla es sólo orientativa para el caso de viviendas rurales y referidas a 12 V c.c.:
TIPO DE RECEPTOR
POTENCIA
(W)
h / día
ILUMINACIÓN
POTENCIA
(W)
h / día
Televisor B-N Color
25 - 60
4÷6
Sala de estar
18÷22
3÷5
Radio
12
1÷4
Cocina
18÷22
2÷2’5
Batidora
100
0’3
Dormitorio
9÷18
0’5
Lavadora
400
0’4
Exterior
18÷35
0’5
Frigorífico
70
14
Baño
18÷22
1
Congelador
85
14
Pasillos
8
0’5
Extractor de humos
25
2
Bomba de agua
100÷ 300
0’25
Ten en cuenta además los “CONSUMOS FANTASMA”, provocados por los aparatos permanentemente conectados en estado “standby”,
como detalla la lista: TV: 300 Whd; VCR: 260 Whd; Microondas: 160 Whd; Equipo de sonido: 160 Whd; Receptor TDT: 120 Whd.
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2.10
Conocidas las necesidades del usuario, es aconsejable aumentarlas en un porcentaje de seguridad
debido a las pérdidas por el cableado, desgaste del sistema, imprecisión de los datos, etc. que se suele
establecer en valores del 10% al 25% dependiendo del tipo de instalación, la utilidad destinada, número de
receptores y del número de usuarios que habiten la instalación, además de aumentarlo al dividirlo por el
coeficiente de pérdidas totales KT , obteniendo el consumo máximo diario Cmax , en unidades de vatios hora
día, Whd. Veamos un ejemplo desarrollado:
Vivienda de uso permanente situada en Valencia, (4 ocupantes), con una media anual de 5’4 HPS, 5 días de
autonomía, y con una profundidad de descarga del 60%. Con un módulo de 17'24 Vp, 7'54 Ap, 130 Wp. Los
receptores son a 12 V c.c. y con las siguientes necesidades diarias de uso:
Total P
Total Ι
h •día
Ah•d
Ec
22
22
1’833
5
9’165
110
1
18
18
1’5
1’45
2’175
26’1
Iluminación baño
2
8
16
1’33
0’75
0’9975
12
Iluminación dormitorio
3
15
45
3’75
0’5
1’875
22’5
Televisor color
1
70
70
5’83
4
23’32
280
Ventilador
2
60
5
0’5
2’5
30
231 W
19’25 A
40’03
480’6 Whd
RECEPTOR
CANTIDAD
Iluminación salón
1
Iluminación cocina
W/A
2’5
¾ 1er paso: Obtener los siguientes datos de consumos:
Potencia total máxima (todos los receptores simultáneamente).
Intensidad total máxima (todos los receptores simultáneamente)
Energía calculada después del regulador, a 12V .........................
Pmax = 231 W
Ιmax = 19’25 A (a 12V)
Ec ≈ 481 Whd (a 12V)
¾ 2º paso: Ahora aplicaremos un aumento del 20% a la energía total calculada como margen o
factor de seguridad, o lo que es lo mismo, multiplicarla por 1’2, para obtener un valor más realista, que
llamaremos necesidades del usuario, Nu:
Nu = EC • 1’2 = 481 • 1’2 = 577'2 Whd
¾ 3er paso: Calcular el coeficiente de pérdidas totales de la instalación KT:
Toda instalación solar fotovoltaica se ve afectada por infinidad de pérdidas, tales como la autodescarga
de la batería, por rendimiento del convertidor, si lo hay, por el del regulador, y por otros de difícil justificación,
pero que la afectan de todos modos. Veamos los coeficientes de pérdidas que deben tenerse en cuenta:
KA: por la auto descarga diaria de la batería, dada a 20º C.
KB: originada por el rendimiento de la batería.
KC: debido al rendimiento del convertidor utilizado (si lo hay).
KR: por el rendimiento del regulador empleado.
KX: otras pérdidas no contempladas, por efecto Joule, caídas de tensión, etc.
Daut: días de autonomía con baja o nula insolación.
Pd: Profundidad de descarga de la batería, en tanto por uno.
El coeficiente de pérdidas totales KT viene dado por la expresión:
⎡
(K • D aut )⎤
K T = 1 − (K B + K C + K R + K X ) • ⎢1 − A
⎥
Pd
⎣
⎦
[
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]
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3.10
Los valores típicos de cada coeficiente, a falta de conocerlos exactamente al facilitarlos el fabricante son:
¾ KA: 0'005 a falta de datos del fabricante, (0'5% diario). Recordar que aumenta con la temperatura, y varía
con el tipo de batería, estimando el coeficiente de descarga diaria de:
⇒ 0'002 para las de NiCd o de PbCa sin mantenimiento.
⇒ 0'005 para las estacionarias de de plomo-ácido, Pb (de uso normal en instalaciones solares).
⇒ 0'012 para cualquier otro tipo o muy deteriorada por el uso.
Con temperaturas extremas, se puede calcular la descarga teórica que se dará a esa temperatura:
K'A = (0'0014 • tº2 + 0'0021 • tº + 0'4) • KA
¾ KB: en general 0'05 y 0'1 para viejos acumuladores, para fuertes descargas, o bajas temperaturas.
¾ KC : contempla el rendimiento del convertidor c.c.-c.a. que suele variar del 75%÷95% a falta de otros datos,
se tomará el valor de 0'25 a 0'05, y 0 si no lo hay.
¾ KR : debido al rendimiento del regulador, en el que su tecnología electrónica es similar a la del convertidor,
con valores comprendidos entre 0'1 a 0'01 (90÷99% de η); si no quieres valorarlo, indica un 0.
¾ Kx : agrupa a cualquier otro tipo de pérdida no consideradas, tomando normalmente el valor de 0'15 cuando
se conocen las potencias teóricas; 0'1 en general, sin conocer los rendimientos; puede reducirse hasta 0'05 si
se han tenido en cuenta los rendimientos de cada carga instalada.
Todos ellos afectan al cálculo del consumo máximo estimado de la instalación o Cmax .
Continuando con el ejemplo, y para una batería de plomo-ácido, nueva, un regulador de η 90%, 5
días de autonomía Daut y una PD del 60%; conociendo las potencias teóricas, KT será:
(0 '005 × 5 )⎤ = 0 '67
⎡
K T = [1 − (0 '05 + 0 + 0 '1 + 0 '15 )] × ⎢1 −
⎥
0 '6
⎣
⎦
Quedando finalmente el consumo máximo que deben proporcionar los paneles, Cmax , así:
Cmax = Nu / KT = 577'2 / 0'67 ≈ 861'5 Whd
⇒ 71'79 Ahd
¾ 4º paso: Calcular la energía del panel. Como conocemos las horas de pico solar aprovechables al
cabo de un día, podremos calcular la energía que puede llegar a producir un panel solar elegido. Si la
intensidad máxima de pico que puede suministrar fuera de 7'54 Ap, de un módulo de 130 Wp, y a falta de
conocer exactamente el valor de su rendimiento, ηP, tomamos el valor del 90%, quedando así Ep:
Ep = Pp • HPS • ηP = 130 • 5’4 • 0'9 = 631'8 Whd ⇒ 36'64 Ahd
¾ 5º paso: Cálculo del número de paneles, conectados en paralelo. Es muy sencillo:
“Si consumimos cada día una cantidad X, como mínimo esa misma cantidad será la energía que
deberá producir el panel o varios en paralelo si fuera necesario, con el fin de sumar sus potencias.
Nº paneles ≥
Cmax
861'5
≥ 1'36 ⇒ 2 paneles
=
Ep
631'8
Cuando la tensión del panel sea menor que la tensión de servicio, o de uso, la fórmula expresará el
NÚMERO TOTAL de paneles, PERO habiendo tantos en serie, como se necesiten para obtener la
tensión de uso: NPS= UN/UP
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4.10
Siempre se tomará la opción por exceso, pero si la cifra decimal es baja (X’1÷X’3), indica que
podríamos tomar un panel de mayor potencia, y si fuera alto (X’7÷X’9), estaría más ajustado, indicando
máximo rendimiento del cálculo efectuado, o relación nº de paneles y potencia de panel/energía necesaria.
En general aconsejo tomar paneles de potencias altas, con la idea de obtener menos paneles,
menor estructura de soporte y de mano de obra para instalarlos.
Sólo utilizaremos los de menores potencias para instalaciones muy básicas y pocos consumos.
Si la vivienda sólo se utilizara los fines de semana, el cálculo es similar, pero con la diferencia de la
unidad de energía utilizada que ahora sería semanal, así para 3 días de fin de semana obtenemos:
Nº panelesSEM ≥
Cmax• días de uso
861'5 • 3
≥ 0’58 ⇒ 1 panel
=
Ep • 7
631'8 • 7
¾ 6º paso: Capacidad del acumulador. El acumulador se dimensiona pensando en la autonomía de la
instalación por si se producen períodos de días seguidos sin sol o con insolación insuficiente como en los días
nublados. Son los llamados “días de autonomía”.
Por otro lado hay que conseguir que la profundidad de descarga máxima diaria no supere la
tolerable por el tipo de acumulador elegido. (Ver apartado 4.1.- Características de las baterías, y 4.3.- Profundidad de descarga)
Si la descarga diaria provocada a la batería no supera el 15% de su capacidad se consiguen los valores
aconsejados de profundidad de descarga.
Relacionando el consumo Cmax por los días de autonomía y con el porcentaje de profundidad de
descarga máxima esperado (p.e. del 60%) tendremos la capacidad expresada en vatios, pero hay que dividir
por la tensión de servicio (12V) para obtener la capacidad adecuada del acumulador en Ah:
CBAT ≥
Cmax • días de autonomía
861'5 • 5
≥ 7.179'16 Wh / 12 ≥ 598'26 Ahd
=
Profundidad descarga
0’6
Evidentemente, la capacidad para los 3 días de fin de semana, sería algo menor, al necesitar menos
días de autonomía, que sería de un máximo de 3 días.
¾ 7º paso: Prueba de la descarga diaria sobre la batería elegida. El peor de los casos sería tener
todos los receptores conectados a la vez, cosa poco probable y en todo caso a evitar; en esas condiciones y
como se ve en el resultado, no se supera el límite aconsejado de descarga diaria ni de profundidad de
descarga máxima al cabo de los 5 días de autonomía establecidos:
Cmax
Descarga diaria =
71'79
≈ 0'12 ⇒ 12%
x 100 =
CBAT
598'26
Cmax • días autonomía
Prof. descarga PD =
71'79 x 5
Proceso de cálculo de ISF
x100 ≈ 60%
x100 =
CBAT
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598'26
5.10
6.2.3.- Vivienda a 230 V c.a.
Veamos ahora un ejemplo de como se adaptaría el proceso anterior para cuando los receptores de la
vivienda fueran todos a 230 V c.a., es decir, que la instalación se haría como en una vivienda normal.
La única diferencia es que necesitamos un convertidor de corriente continua a alterna y tener en
cuenta el valor de su rendimiento. Evidentemente, siendo los mismos receptores disminuiría mucho el valor de
la intensidad consumida, pero no así la potencia, que sería la misma que antes: 231 W.
La intensidad consumida ahora con 230 V ≈ sería: Ι = P/U = 231/230 ≈ 1 A (a 12 V eran 19’25A)
La energía aproximada consumida al cabo del día sería de 480’6 Whd, redondeando a 481 Whd, por lo
que el convertidor para un rendimiento del 87 % absorberá de la entrada a 12 V c.c.:
E
Er =
614'44 Whd
antes del regulador
η
(en lado c.a. ≈ 481
= 481/ 0’87≈ 553 Whd lado c.c.
η=0'9
PANELES
REGULADOR
17'24 Vp cc
η=0'87
46 Ah c.c.
≈ 35'64 Ahd
antes del regulador
BATERÍA
12 V cc
CONVERTIDOR
c.c./c.a.
2'09 Ah
c.a.
PROTECCIONES
230 V ca
Esta exposición sólo sirve para entender el efecto del rendimiento sobre la energía consumida y
sobre la potencia necesaria, antes y después del convertidor, ya que en nuestro cálculo, como se verá,
incluimos el rendimiento del convertidor Kc, en el cómputo del coeficiente de pérdidas totales, KT .
Una vez obtenida la potencia consumida del lado de c.c. el proceso de cálculo será idéntico, aunque
variará el coeficiente KT de pérdidas totales, de 0'67 a '0546, al incluir en el cálculo el coeficiente del
convertidor KC = 0'13, que representa en rendimiento η del convertidor elegido del 87%
Cmax = Nu x 1'2 / KT= 481 x 1'2 / 0'546 ≈ 1.057'2 Whd, y por tanto el número de paneles será:
Nº paneles ≥
Cmax
1.057'2
= 1'67 ⇒ 2 paneles
=
Ep
antes 1'36 paneles
631'8
Debido a las pérdidas del convertidor, nos sale algo mayor el número de paneles (al redondear no)
La capacidad de la batería para uso diario de la vivienda sería también algo mayor:
CBAT ≥
Cmax • días de autonomía
1.057'2 • 5
≈ 8810 Wh / 12 ≥ 734'16 Ahd
=
Profundidad descarga
antes 598'16 Ah-12V
0’6
Prueba a calcular tú sólo, la capacidad de la batería para el uso durante 3 días a la semana, y 3 días
de autonomía, con la misma profundidad de descarga, así como el número de paneles necesario.
Debes calcular de nuevo el coeficiente de pérdidas globales KT, al variar los días de autonomía.
¿Coeficiente KT de pérdidas globales? ¿Número de paneles para uso de fin de semana?
¿Capacidad de la batería? ¿Calibre del regulador necesario?
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6.10
6.2.4.- Cuadro resumen del proceso de cálculo.
NECESIDADES DEL USUARIO
CONSUMO en W x nº de horas al día
Nu = Whd
PORCENTAJE DE AUMENTO COMO MARGEN
DE SEGURIDAD: 10, 15, 20% = MULTIPLICAR
POR: 1’1, 1’15, 1’2, 1'25 y dividir por KT
Nu x 1’2 / KT = Consumo máx diario en Whd =
Cmax
CONSUMO MÁXIMO: Cmax
NÚMERO DE PANELES
ENERGÍA PANEL:
Ep
ENERGÍA EP
SUMINISTRADA POR
EL PANEL en Whd
DATOS DE
RADIACIÓN SOLAR
H.P.S. en h
CAPACIDAD BATERÍA - CBAT
en Wh
PROFUNDIDAD DE DESCARGA
del orden del 40, 50, 60, 80%
POTENCIA
DEL PANEL
PP • 0'9 en Wp
CONSUMO MÁXIMO diario x DÍAS DE AUTONOMÍA
0’5
DIVIDIR EL RESULTADO DE CBAT EN Wh POR EL VALOR DE LA TENSIÓN DE SERVICIO, 12, 24, 36, 48 V
6.2.5.- Cálculo de la sección de los conductores. La determinación de la sección correcta del cableado es
muy importante. Al ser pequeñas las tensiones de uso (12 ó 24 V) las intensidades suelen ser elevadas y con
ellas la caída de tensión que provocan (u=R•Ι). En este tipo de instalaciones habrá que adquirir un compromiso
entre secciones excesivamente grandes para caídas de tensión menores o secciones más ajustadas con
caídas de tensión aceptables, (se puede finalizar para conectar, con un tramo muy corto de menor sección).
Además, habrá que conseguir longitudes lo más cortas posibles, para que la resistencia de los
conductores sea la menor y podamos mejorar la caída de tensión.
Los valores de caída de tensión máxima admisible son orientativos, ya que a menudo nos
encontraremos con resultados sorprendentes e incluso imposibles de adoptar. En esos casos será necesario
volver a calcular la sección, aumentando el valor de la caída de tensión.
Para 230V c.a. umax ≤ 3%
Tensiones de panel mínima y máxima típicas y valores de
caída de tensión aconsejados
TIPO DE CIRCUITO
17÷21V (12V)
26÷36V (24 V)
38÷60V (48V)
Paneles a regulador
1’7÷5% ≈ (0'4÷1V)
5÷8% ≈ (1'5÷3V)
8÷10% ≈ (3÷6V)
0'5÷1% ≈ (0'2÷1V)
1'5÷2% ≈ (0'6÷1’5V)
Regulador a batería, convertidor 0'5÷1% ≈ (0'09÷0'25V)
Instalación de alumbrado
3% ≈ (0'7V)
3% ≈ (1V)
3% ≈ (2V)
Instalación de enchufes, y otros
5% ≈ (1V)
5% ≈ (3V)
5% ≈ (3V)
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7.10
Una fórmula sencilla y fácil de utilizar para calcular la sección de conductor puede ser:
S =
2xlxΙ
kxu
mm2
u =
2x lxΙ
V
También,
kxS
S= 0'036 x l x Ι
u
En donde l es la longitud en metros, I la intensidad en amperios, k (ka o γ, gamma minúscula) la
conductividad del conductor que es de 56'17 para el cobre y 36 para el aluminio en Sm/mm2, y, u la caída de
tensión en voltios. Se aconseja sobredimensionar en un 25% la intensidad calculada, Ιmax = Ι x 1'25. (por
posibles ampliaciones) Para el cableado de paneles debe emplearse la intensidad de cortocircuito Ιcc como
valor de cálculo, y no la máxima Ιp. Veamos un ejemplo:
Calcula la sección de los conductores de cobre, aislamiento de PVC, de 11 m de longitud para una
canalización bajo tubo (A), una corriente máxima de 15 A y una caída de tensión de 0’5 V.
Ιmax = Ι x 1'25 = 15 x 1'25 = 18'75 A.
Ahora debemos consultar las
tablas
del
RBT que contemplen el tipo
2x11x18'75
2xl xΙ
2
2
S =
de conductor y canalización elegida, para
=
= 14’68 mm ⇒ 16 mm
kxu
contrastar si el conductor soporta la
56’17x0’5
intensidad que conduce, de ser así, la
sección definitivamente adoptada sería la de 16 mm2. (En nuestro caso lo es con creces: 16 mm2 @ 54 A max)
Como vemos el cable calculado parece excesivo para la intensidad que transporta, pero es la única
forma de conseguir la caída de tensión asignada. Podemos tomar algo más de caída de tensión y asumir las
razones, p.e. admitiendo 1V de caída de tensión resultaría una sección 7'34 mm2, tomando 10 mm2 @ 40A.
Una buena costumbre es aumentar la sección si el tránsito de corriente por él, es del 85% de su
máximo valor admisible; p.e., para 21’25 A de tránsito, y una Ιmax del conductor de 25 A estaríamos en el límite
de cambiar a la siguiente sección superior.
6.2.6.- Protecciones de las líneas. En este tipo de instalaciones, continúa vigente la aplicación de las
instrucciones dictadas por el RBT, tanto en las instalaciones de corriente continua como en las de corriente
alterna. Tener en cuenta que el tipo de magnetotérmico utilizado en cada sistema (c.c./c.a.) es distinto,
debiendo que prestar especial atención a la hora de elegir el modelo correcto. El calibre del magnetotérmico
será el valor del consumo real multiplicado por 1'3, según aconsejan algunos fabricantes: IMAG = IN • 1'3, y
para fusibles: I FUS= 1'5 • IPASO , o de cortocircuito, si es la línea de paneles. (según Ferraz Shawmut, 1’27/1’51 x Icc)
Para conectar fusibles en la línea de paneles, se contará con la intensidad de cortocircuito ΙCC ó ΙSC
y por el nº total de ramas en paralelo, así: Ιfus = ΙCC • nº ramas • 1’5, y por 1’3 si fueran magnetotérmicos.
Siempre debemos cumplir: ΙPASO ≤ ΙMAG ≤ ΙCABLE
6.2.7.- Cálculo del número de reguladores. Primero elegiríamos el tipo de regulador, (serie o paralelo) según
la potencia a controlar que produzcan los paneles solares.
Si la instalación es reducida, todos los paneles los controlará un solo regulador, pero en
instalaciones de mayor envergadura, hay que hacer grupos de paneles, cada uno con su regulador, y
conectando todas las salidas a uno o a varios acumuladores, y/o convertidores si los hubiera.
No es conveniente apurar al máximo la potencia que disipe el regulador, al estar siempre bajo carga,
siendo recomendable aumentar un 10% la capacidad de éste. Así, para controlar 10 paneles en paralelo, de
130 W con una intensidad de pico de 8’1A cada uno, tendríamos:
Intensidad total paneles Ιp-total = nº ramas • Ιp= 10 x 8’1 = 81 A ⇒ ΙMAG = 81• 1’3 = 105’3 A
Intensidad regulador ΙR= Ιp-total • 1’1 = 81 • 1’1 = 89’1 A
Si existieran reguladores de ≈ 89 A, el problema estaría resuelto; pero la realidad es que los valores de
intensidad a 12 V que más se aproximan son: 25, 50 y 75 A. La solución para esta instalación es la de dividir la
intensidad a controlar por la nominal de varios reguladores:
Intensidad paneles / ΙR 25 A = 89’1 / 25 = 3’56 ⇒ 4 reguladores
Intensidad paneles / ΙR 50 A = 89’1 / 50 =1’78 ⇒ 2 reguladores
La solución de 4 reguladores de 25 A implicaría dividir también por 4 el número de paneles, quedando 2’5 paneles por regulador,
que no es viable. En cambio, 2 de 50 A, controlarían cada uno a 5 paneles, que sería la solución más adecuada.
Proceso de cálculo de ISF
Curso de Energía Solar Fotovoltaica
8.10
10 - FÓRMULAS Y ABREVIATURAS DE ESTE TRABAJO Y DE LOS LIBROS DE CÁLCULO SOLAR-XX.xlt
Ι p = Intensidad máx. de pico del panel , en A
Sem = semanal , uso ó autonomía
HPS = horas de pico solar , en horas
Du = días de uso de la vivienda
Pp = Potencia de pico
C BAT = capacidad batería en Ah
PD = profundidad desc arg a en tan to por uno
Necesidades del usuario = N u
Daut = Días de autonomía, sin sol
K T =Coeficiente total de pérdidas que afec tan a toda la instalación y sus componenetes :
( Ka : autodesc arg a batería ; Kb : tipo batería ; Kc : ren dim iento convertidor ; Kr : ren dim iento regulador ; Kx : otras pérdidas )
⎡ (K • D )⎤
KT = 1− (KB + KC + KR + KX ) • ⎢1− A aut ⎥
Pd
⎦
⎣
[
]
∗
∗
p
P
=
d
h
W
n
e
,
9
'
0
S
P
H
W
E
Energía panel ,
+
u
x
a
m
=
5
2
'
1
,
2
'
1
,
5
1
'
1
,
1
'
1
r
o
p
r
a
c
i
l
p
i
t
l
u
m
ó
% T
5 K
2
,
0
2
,
5
1
,
0
1
d
a
d
i
r
u
g
e
s
e
d
%
N
C
Consumo máximo,
︵
x
a
p
P
en Wh, tan to para permanente como para fin de semana
por Un para obtener Ah) )
Desc arg a diaria =
C max
x100 , exp resado en porcentaje
C BAT
PD =
C max ∗ Daut
x100
C BAT
Cálculo inverso, cuando no se conoce el C max , y si, otros datos : C max =
PIN =
C max ∗ Dutilización
EP ∗ 7
t
u
a
PD
=
Número de paneles, semanal N p sem =
D
∗
x
a
m
T
A
B
(dividir
C
C
Capacidad batería,
=
m
C E
N
Número de paneles, uso permanente
︶
POUT
Ε IN =
η
Ε OUT
S =
η
2xlxΙ
C BAT * PD
D AUT
mm2
kxu
D AUT =
u =
C BAT * PD
C max
2x lxΙ
V
kxS
CALIBRE DE LAS PROTECCIONES:
IMAG = IN • 1'3, para fusibles: I FUS= 1'5 • IPASO
(o de cortocircuito Ιcc, si es la línea de paneles)
Siempre debemos cumplir: ΙPASO ≤ ΙMAG ≤ ΙCABLE
Intensidad regulador ΙR= Ιp-total • 1’1
Proceso de cálculo de ISF
(Intensidad total paneles Ιp-total = nº ramas • Ιp)
Curso de Energía Solar Fotovoltaica
9.10
Cálculo de pérdidas en acumuladores > Coeficiente corrector = K t
Capacidad útil, Cu = K t * C BAT
Incremento de temperatura, ∆t º BAT = 20 − t º
Kt = 1 −
∆t º BAT
160
Cálculo de pérdidas en paneles > Coeficiente de temperatura que afecta a la tensión, β , K u
Coeficiente de temperatura que afecta a la Intensidad α , K i
; Ip = Intensidad máxima de pico
Tensión o Intensidad útil del panel valorandoα − β , U u , Ι u
U u = U p + (t º amb − 25) * K u / 1000
∆t º = (0'034 * Ιrradiación) − 4
Ι u = Ι p + (t º am − 25) * K i / 1000
Temperatura aproximada célula = ∆t º +t º ambiente
Potencia perdida por temperaturas > 25º = 0'5% por cada grado de aumento
Potencia útil = PU = PP [1 − (t º célula − 25) ∗ 0'005] en vatios, PP es la potencia no min al del panel.
Perfomance ratio, o relación de calidad de diseño, PR =
C max
HPS * PTP
Perfomance ratio, en instalaciones conectadas a red , PR − RED =
siendo PPT la total de paneles
PGFV
PMAX −CONVERT
x100
siendo PGFV la potencia total de generación fotovoltaica, y PMAX −CONVERT la máxima del convertidor
lsombra= lpanel(cosα + 1'67) ⇒ SeparaciónMIN = lpanel • 2'2
(α y β en el peor de los casos es 60º, y 27'5)
Para calcular la longitud máxima que proyecta la sombra de un objeto, obstáculo, árbol, casa, etc.:
lsombra= 1'35 (hOBJETO / tg β) fórmula aproximada
α es el ángulo de inclinación del panel; (Χ = senα / tag β (altura mínima del sol a 60º: tag β = (90º-39º) - 23'5º)= 27'5º ⇒ Χ60º = 1'663)
β, es la altura solar, también expresada a veces como h, H; hOBJETO es la altura del objeto u obstáculo; 1'35 por la variación diaria.
⎛
senα ⎞
⎟⎟
l S = l P ⎜⎜ cos α +
β
tag
⎝
⎠
Proceso de cálculo de ISF
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10.10