2019 CENTRAL FOTOVOLTAICA MAJES 20T INTEGRANTES: LOPEZ JIMENEZ ALBERTO REMENTERIA PORRAS WINDER CUZCANO LOZA GONZALO RODRIGUEZ FLORES PABLO INDICE 1. Introducción……………………………………………………………………….Pag 2 2. Empresa responsable de la central ………………………………….…………….Pag 3 3. Funcionamiento……………………………………………………………..…….Pag 5 4. Partes……………………………………………………………………..……….Pag 6 5. Parque fotovoltaico……………………………………………………………….Pag 10 6. Modelo fotovoltaico…………………………………………………………...….Pag 13 7. Estructura y control del seguidor solar……………………………...…………….Pag 15 8. Los inversores…………………………………………………………………….Pag 18 9. Esquema unifilar y las líneas de transmisión……….…………………………….Pag 20 10. Datos técnicos…………………………………………………………………….Pag 21 P á g i n a 1 | 22 1. INTRODUCCIÓN La energía solar fotovoltaica permite transformar la radiación proveniente del sol en energía eléctrica utilizando para ello células fotovoltaicas. Ésta tiene muchas ventajas frente a otro tipo de energías, ya que se trata de una energía con escaso impacto medio ambiental debido a la pequeña producción de residuos perjudiciales para el medio ambiente. Otra de sus principales ventajas es su extensa distribución a lo largo de toda la superficie terrestre, lo que permite la implementación de sistemas de captación de energía solar en prácticamente cualquier punto del planeta. Este último hecho produce un ahorro en el traslado de energía El presente trabajo da a conocer información sobre una central eléctrica que emplea energía renovable para su funcionamiento, específicamente energía solar, nos referimos a la Central Fotovoltaica de Majes, ubicada en la provincia de Caylloma, departamento de Arequipa. Se presentarán datos acerca del funcionamiento, partes generales de la central, partes específicas, inversores, información sobre el modelo fotovoltaicos, datos técnicos, diagrama unifilar, etc. P á g i n a 2 | 22 2. EMPRESA RESPONSABLE DE LA CENTRAL EMPRESA RESPONSABLE: GRUPO-T SOLAR Es un productor de energía renovable que, desde octubre del 2006, esta empresa genera energía limpia con plantas de energía renovable. Hoy está presente en 6 países y tiene 392MW de capacidad instalada en 3 continentes (América, Europa y Asia). El principal negocio de Grupo T-Solar es el desarrollo, financiación & construcción, gestión y operación de plantas solares (Fotovoltaicas y Termo solares). Esta empresa quiere consolidar y reforzar su presencia en el mercado de las energías renovables a través de los portfolios en operación y del desarrollo de nuevos proyectos en los mercados objetivos, aumentando así su capacidad instalada actual. PROCESO PARA IMPLANTAR UN PROYECTO Desarrollo Precio de la energía Ubicación Interconexión Permisos Financiación y construcción Diseño Financiación de proyectos Construcción Gestión de archivos Operación Cumplimiento de contratos y obligaciones GESTIÓN DE ENERGIA Grupo T-Solar dispone de un Centro de Gestión de Energía (CGE) propio, que es el núcleo de la organización de su gestión de activos marcando la diferencia con otros competidores. Principales características de CGE Monitorización y control remoto en tiempo real 24/7 de las plantas de energía fotovoltaica en todo el mundo. Les permite operar remotamente sin la necesidad de operadores trabajando en cada planta. Mejora de la disponibilidad de la planta mediante la detección al instante de posibles incidencias. Base del mantenimiento preventivo y correctivo. P á g i n a 3 | 22 Análisis de datos históricos utilizados para optimizar el rendimiento de los activos actuales y el diseño de nuevos proyectos Actividades clave a. b. c. d. e. Monitorización y control remoto de las plantas. Reporte diario de facturación y análisis de desviación de presupuesto. Planificación de mantenimiento. Optimización de costes. Mejora la disponibilidad mediante la detección inmediata de incidencias y la operación remota. MEDIO AMBIENTE Y COMUNIDADES Las plantas fotovoltaicas y termo solares de Grupo T-Solar generaron más de 604 GWh de electricidad limpia en 2018 equivalente al consumo medio anual de electricidad de aproximadamente 639.000 habitantes, la reforestación de 12.800.000 árboles y más de 216.000 toneladas de emisiones de CO2 evitadas en la atmósfera. Para Grupo T-Solar, el medioambiente y la responsabilidad social forman parte de su estrategia corporativa. Realizan la reforestación de tierra plantando especies locales de árboles y arbustos alrededor del perímetro y protegiendo la fauna de cada una de las plantas. Además, tienen un fuerte compromiso con nuestras comunidades locales. Existe una estrecha colaboración con las iniciativas sociales locales. Tienen acuerdos con escuelas y universidades para organizar formación en las centrales eléctricas. Desde 2011 crearon un fondo social en colaboración con la Oficina de Desarrollo - Procura de la Compañía de Jesús de Perú para la ejecución de acciones comunitarias como ayudar a las instituciones educativas con materiales, equipos y formación de maestros que mejoran las condiciones educativas de los niños y adolescentes. P á g i n a 4 | 22 3. FUNCIONAMIENTO Un sistema fotovoltaico es un sistema que genera energía eléctrica con módulos fotovoltaicos, la central fotovoltaica de majes tiene 55704 módulos fotovoltaicos de capa fina repartidos en módulos con potencias de 350W, 370W, 390W, 410W, todos ellos orientados hacia el norte y con una inclinación de 15° sobre la horizontal. INVERSOR Estos transforman la radiación solar en energía eléctrica mediante el denominado efecto fotovoltaico, la luz solar está compuesta por partículas energéticas denominadas fotones que posees diferentes energías correspondientes a su vez a las diferentes longitudes de onda del espectro de la radiación solar. Los fotones absorbidos por una célula fotovoltaica transfieren su energía a un electrón de un átomo de la célula, con esta energía el electrón escapa del átomo para pasar a formar parte de la corriente de un circuito eléctrico que se transportan por medio de cables, en este punto cabe señalar que la corriente generada es de tipo continua. Después de esto, todos los paneles se conectan mediante tubos a los inversores, estos son los encargados de transformar una tensión continua a una tensión alterna con la magnitud y frecuencia del usuario, la central fotovoltaica de majes posee 32 inversores de 625kW c/u, estos inversores tienen una tensión de entrada de (0,5 – 0,825kV de corriente continua) y una tensión de salida trifásica de (0,3kV de corriente alterna). P á g i n a 5 | 22 La central fotovoltaica de majes consta de 16 Centros Transformación de 1,25 MW c/u; cada Centro de Transformación está equipado con 2 inversores. En la central fotovoltaica de majes existen 2 anillos de 23kV (Anillos 1 y 2, cada anillo agrupa 8 Centros de Transformación), desde cada uno de los 2 anillos se alimenta el transformador de interconexión, este transformador tiene un nivel de tensión de 20MVA (23/138KV) el lado de alta se conecta a la barra de repartición de 138kv y después al SEIN (Sistema Eléctrico Interconectado Nacional). El periodo diario de generación diario es de 6:30 a 17:30 horas aproximadamente. 4. PARTES 4.1. La base de estructuras de soporte de los paneles solares, donde éstas se encargan de orientarlos hacia el norte y darle una inclinación de 15° sobre la horizontal. P á g i n a 6 | 22 4.2. generador fotovoltaico. Instalado 56 800 paneles. 4.3. Esta central está constituida por 55 704 módulos fotovoltaicos o paneles solares de capa fina con 350, 370, 390 y 410 w. 4.4. Torre meteorológica, Instalación que mide y analiza las principales variables meteorológicas que inciden en la radiación luminosa existente en cada instante, toda esta información es enviada a la sala de control. P á g i n a 7 | 22 4.5. Las baterías, sirven para almacenar toda la corriente continua. 4.6. Los inversores, donde se encargar de transformar toda la corriente continua en corriente alterna; la central majes tiene 16 centros de transformación (C.T.) de 1250 KW cada una, donde cada C.T. está equipada con 2 inversores de 625 KW cada una. P á g i n a 8 | 22 4.7. Armario de protección y control de la corriente alterna, este equipo recibe la corriente eléctrica alterna convertida en el inversor que generalmente contiene a los dispositivos de mando, medida, protección y regulación correspondientes. 4.8. Los transformadores, donde eleva la tensión de la corriente eléctrica producida en el generador eléctrico para minimizar las pérdidas en el transporte, ésta actúa por inducción electromagnética y consta de un núcleo de hierro dulce sobre el que se devanan dos conductores: primario (pasa la corriente a transformar) y secundario (produce corriente eléctrica a alta tensión y baja intensidad). P á g i n a 9 | 22 4.9. Línea de transmisión de energía, es el medio físico mediante el cual la transmisión de la energía eléctrica a grandes distancias, constituido por cables de cobre o de aluminio; y también por elementos de soporte que vienen ser las torres de alta tensión. 5. PARQUE FOTOVOLTAICO DEPARTAMENTO DE AREQUIPA P á g i n a 10 | 22 PROVINCIA DE CAYLLOMA Y DISTRITO DE MAJES P á g i n a 11 | 22 La máxima radiación solar en la zona del proyecto es decir en las pampas de Majes es de 724w/ m². P á g i n a 12 | 22 6. MODELO FOTOVOLTÁICO PANELES MONOCRISTALINOS Como su propio nombre dice, las placas solares monocristalinas están compuestas por células monocristalinas. Son ese tipo de célula que, a simple vista, podemos diferencia por su color “negro” y con las esquinas recortadas con un chaflán (resultado del corte de la célula). Son los módulos fotovoltaicos de más eficiencia que podemos encontrar, siempre superan en eficiencia y rendimiento a los policristalinos. El modo más común de fabricación de células de silicio monocristalino (sc-Si) consiste en partir de un lingote de un único cristal de silicio, obtenido por los métodos de Czochralski (Cz) o zona flotante (FZ), y cortarlo en obleas que constituyen el sustrato sobre el que tendrá lugar todo el proceso restante (unión “p-n”, metalización, etc.). MÓDULOS POLICRISTALINOS Al igual que comentamos con los modelos monocristalinos, los paneles solares policristalinos están compuestos, en este caso, por células policristalinas. Podemos diferencia por su color “azulado” y no poseen el chaflán en las esquinas como los monocristalinos. Las células de silicio policristalino (mc-Si) también utilizan obleas de silicio como sustrato, pero a diferencia de las monocristalinas, éstas proceden del corte de un bloque de silicio que se ha dejado solidificar lentamente en un crisol y que está formado por muchos pequeños cristales de silicio, este tipo de elaboración es menos costoso que el anterior, pero reduce considerablemente la eficiencia de las células. P á g i n a 13 | 22 PANELES SILICIO AMORFO (CAPA FINA): Aunque los tipos de paneles más habituales son los descritos, mono y policristalinos, no debemos olvidar también las placas solares de silicio amorfo, o llamadas también de “capa fina”. El funcionamiento de una célula solar de capa fina de silicio amorfo es el mismo que las cristalinas pero su elaboración es muy diferente. Los aspectos característicos de esta tecnología son: Proceso de fabricación sencillo y de fácil automatización. Necesidad de poco material activo y reducción del gasto energético y del coste. Facilidad para realizar módulos flexibles y con óptima eficiencia cuántica en un amplio rango del espectro. Las células de silicio amorfo han sido las primeras células de capa fina que se comenzaron a comercializar, sin embargo, debido a la bajada de precios experimentado por los paneles solares cristalinos, han ido perdiendo posiciones en el mercado y actualmente su implantación es muy reducida. La tecnología del silicio amorfo a-Si tiene una eficiencia considerablemente menor que las basadas en silicio cristalino, debido principalmente a la mala calidad del silicio utilizado, cuya estructura interna dificulta la recolección de los portadores fotogenerados. Sin embargo, son especialmente adecuadas para uso en interiores, en atmósferas con mucho polvo, etc. Tal como se puede ver en la imagen, las placas solares de silicio amorfo no consisten en la unión de células individuales como en los paneles solares cristalinos, sino en una lámina cortada a medida en la que se observan unas tiras delgadas que separan las células, creadas y conectadas entre sí durante la elaboración del propio módulo, cuyo enmarcado facilita el manejo y el montaje del mismo. P á g i n a 14 | 22 El rango de tensiones también es más amplio que en los de silicio cristalino, abarcando desde unos pocos voltios hasta decenas de voltios y que los hace interesantes también para sistemas de bombeo solar. El módulo fotovoltaico que usa la central de Majes es de Silicio Amorfo (Capa fina) y tiene las siguientes características. MÓDULO Fabricante TSOLAR Modelo TS350/370/390/410 Tecnología Si amorfo (capa fina) Potencia Activa Nominal, Pn [MW] 350/370/390/410Wp Potencia Aparente Nominal, Sn [MVA] 0.4 Kva Temperatura de Operación [°C] 40.5 Coeficiente de Temperatura [%/°C] (-)21.0 7. ESTRUCTURA Y CONTROL DEL SEGUIDOR SOLAR ¿Para qué sirve un seguidor solar? El uso de seguidores solares puede aumentar la producción de electricidad alrededor de un 30% a 40% en algunas regiones, en comparación con los paneles solares fijos. En cualquier aplicación de energía solar, la eficiencia de la conversión se mejora cuando los módulos se ajustan continuamente según el ángulo del Sol “mientras se mueve en el cielo”. Un seguidor solar es un dispositivo mecánico capaz de buscar la posición del Sol en cualquier momento del día, siguiendo al Sol desde el este hasta el oeste. Está conformado básicamente por una parte fija y una móvil, la cual cuenta con una superficie de captación que debe permanecer perpendicular a los rayos del Sol durante el día y dentro de su rango de movimiento, cuya finalidad es el aumento de la captación de radiación solar. Su movimiento está inspirado en la trayectoria seguida por los girasoles y hay dos movimientos que se deben controlar, el de la trayectoria del Sol durante el día y la variación de esta trayectoria durante el año. P á g i n a 15 | 22 Los seguidores solares acoplados a los sistemas captadores (sistema de seguimiento solar) se utilizan para posicionar los sistemas captadores de radiación, de forma que éstos permanezcan cercanos a la perpendicular paralela de los rayos solares, para convertir la energía captada en calor o energía eléctrica y ser utilizada en viviendas, complejos urbanísticos o en la industria. Tipos de Seguidores • Seguidores a un eje • Seguidores a dos ejes • Seguidores por punto luminoso • Seguidores con programación astronómica. DISEÑO DEL SEGUIDOR SOLAR Seguidores a dos ejes: Poseen dos grados de libertad, capaces de hacer un seguimiento solar más preciso. Este tipo de seguidor está en capacidad de realizar un seguimiento total del Sol, tanto en altura como en azimut, aunque el rendimiento de la instalación puede ser superior en comparación con los de un solo eje. Diseño de la tarjeta controladora: diseño de una tarjeta controladora que cumpla las siguientes condiciones: Capacidad para efectuar mediciones empleando sensores analógicos. Posibilidad de procesamiento para el filtrado de las mediciones y ejecución de un algoritmo de control. Capacidad de comunicación con PC. Facilidad de ajuste y configuración por software. Debe incluir actuadores para los motores de pasos, así como algún dispositivo de posicionamiento. Bajo consumo energético y bajo costo de producción. P á g i n a 16 | 22 Descripción del Firmware: La programación del microcontrolador PIC18F1320 se realiza mediante el programa MPLAB IDE de Microchip y consta de dos rutinas fundamentales: la principal y la de orientación. La estructura del mismo está concebida para que la tarjeta controladora pueda trabajar de forma automática en la búsqueda del Sol. Rutina principal: Es la médula de la programación que se le pasa al microcontrolador. Desde esta rutina se hace un llamado a las otras subrutinas que permiten el funcionamiento del seguidor. P á g i n a 17 | 22 Subrutina de orientación: Es la encargada de encontrar la posición en los ejes de azimut y de altura en que se encuentra el Sol en ese momento. Esta se encarga de mover los motores de pasos en busca del menor valor de resistencia de las fotorresistencias, posición donde debe estar el Sol. Diseño de la parte mecánica: La parte mecánica del seguidor solar está compuesta por dos estructuras: una para las fotorresistencias (a) y la otra para los motores de pasos (b) P á g i n a 18 | 22 8. LOS INVERSORES El inversor será el dispositivo que transformará la corriente continua (CC) suministrada por los sistemas fotovoltaicos y demás fuentes de energías renovables o sus componentes de almacenamiento, en corriente alterna (CA), necesaria para alimentar la mayoría de los receptores domésticos. Los Inversores están constituidos por un sintetizador que, accionando un conjunto de dispositivos semiconductores de potencia, genera una onda de impulsos a partir de la tensión DC, procurando que la onda de salida sea lo más senoidal posible. Esta onda se filtra posteriormente para eliminar el mayor número de armónicos posible. Los filtros empleados consumen una elevada potencia, lo cual incide negativamente en el rendimiento del inversor. Una forma de reducir el número de armónicos es sintetizar una onda con mayor número de impulsos, lo que permite disminuir considerablemente el número de armónicos cercanos, finalmente la señal (onda) de salida estará sincronizada con la de la red. En general, la potencia del inversor no debe ser superior a la potencia pico del generador fotovoltaico, ya que el inversor no funcionará a su potencia nominal debido a que, en condiciones climáticas reales, un generador fotovoltaico nunca trabajará en condiciones Estándares. Teniendo en cuenta estas consideraciones, el rango de potencias nominales del inversor puede oscilar entre 0,7 y 1,2 veces la potencia pico del generador fotovoltaico. Cuando se seleccione el inversor hay que asegurarse de que para cualquier condición climática de irradiancia y temperatura funcionará correctamente y que la eficiencia máxima del inversor se corresponda con el rango de irradiancia más frecuente del lugar, la cual se puede ayudar con gráficas propias del inversor como la mostrada en la Figura 2.21. Hay que garantizar que para cualquier condición climática, el rango de tensiones a la sal ida del generador fotovoltaico debe estar dentro del rango de tensiones admisibles a la entrada del inversor. En este sentido hay que tener en cuenta que la tensión (y en menor medida la corriente) a la salida del generador fotovoltaico varía con la temperatura. P á g i n a 19 | 22 Los inversores funcionan como interfase entre la energía generada por las placas solares en continua y la que se entregara al transformador de media tensión en alterna. La forma de onda de la corriente de salida de los inversores deberá ser lo más senoidal posible para minimizar el contenido en armónicos inyectados a red. En la Central Fotovoltaica de Majes se utilizan todos los inversores de la marca Green Power, modelo PV625 de 625kWn, con lo cual para Centro de Transformación (C.T.) se usará 2 inversores. Al tener 16 C.T. se usará en total 32 inversores, los cuales van de dos en dos en casetas prefabricadas y conectados a un trasformador que elevará la tensión de salida de los inversores de 300V a 23kV. Inversor Green Power PV625 Estos inversores convertirán la tensión e intensidad recibidas en continua a alterna con una distorsión armónica menor al 3%. El PV625 comienza a inyectar corriente a la red tan pronto como los módulos FV producen suficiente potencia en el amanecer. Previamente la unidad de control inicia el monitorizado de la tensión de red, frecuencia de red y la resistencia de aislamiento. Trabajan de manera completamente automática sin ningún tipo de control por parte del operario. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS INVERSORES P á g i n a 20 | 22 9. ESQUEMA UNIFILAR Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN P á g i n a 21 | 22 10. DATOS TÉCNICOS: P á g i n a 22 | 22
