Guía de Diseño de Instalaciones Solares FV

1.1 Diseño de instalaciones solares F.V.
Hay que tener en cuenta que el fin es conseguir la
máxima fiabilidad teniendo en cuenta que la energía
que recibimos del sol no es constante, sino que es
aleatoria (días nublados, contaminación, etc.)
En todo sistema F.V. hay que tener en cuenta dos
parámetros muy importantes:
Determinar la radiación incidente sobre el sistema.
Determinar con precisión el consumo.
1.4 Formas de consumo y perfiles de carga
Los factores que afectan principalmente son la radiación solar
posible, el perfil del consumo, las características eléctricas de las
cargas y las características de cada uno de los componentes
elegidos.
Una de las cosas que hemos de tener en cuenta a la hora de
realizar un diseño solar F.V. es la forma característica del
consumo
Llamamos perfil de carga diaria a la representación horaria
de la potencia en vatios que vamos a consumir. Este perfil
nos da información sobre la simultaneidad de los consumos
y nos sirve para calcular los sistemas de acondicionamiento
de potencia y de distribución.
1.4 Formas de consumo y perfiles de carga
En la siguiente figura se representa la variación del consumo Wh
en las 24 horas del día. Es importante conocer la variación de la
carga, que puede ser semanal, mensual y anual.
Si distribuimos el consumo a lo largo de un año nos permitiría
identificar el mes más desfavorable.
Consumo
Variación del consumo en Wh/h de un día
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Horas del día
1.4 Formas de consumo y perfiles de carga
Si atendemos a los diferentes tipos de aplicaciones F.V.,
podemos definir de forma cualitativa algunos perfiles de carga:
Curva de consumo constante a lo largo de todo el año.
Presentan las siguientes aplicaciones F.V:
Sistemas de alarma.
Señalización marina.
Señalización ferroviaria.
Repetidores de radio.
Estaciones meteorológicas.
Electrificación de cercas.
Perfil de consumo constante
Consumo
•
•
•
•
•
•
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Horas del día
1.4 Formas de consumo y perfiles de carga
Curva de consumo nocturno: En este caso el consumo
se produce en horas nocturnas. Por tanto la variación de
este consumo es inversamente proporcional a la duración
del día, siendo en el invierno los consumos mayores que en
verano.
Presenta las siguientes aplicaciones:
•
•
•
•
•
Iluminación.
Señalización de carreteras.
Carteles publicitarios.
Faros marinos.
Señalización de navegación
aérea.
• Electrificación de cercas.
Consumo
Perfil de consumo nocturno
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Horas del día
1.4 Formas de consumo y perfiles de carga
Curva de consumo diurno: Son aquella aplicaciones
donde el consumo se produce cuando hay horas de sol.
Un ejemplo característico es el de bombeo de agua. El
perfil anual de este consumo es similar al de radiación
solar, alta en verano y más bajo en invierno.
Consumo
Perfil de consumo diurno
0 2
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Horas del día
1.4 Formas de consumo y perfiles de carga
Curva de consumo doméstico: En éste caso concreto
para hacer el perfil del consumo hay que tener en cuenta los
hábitos del lugar estudiando cada caso en concreto. Por
tanto no se puede establecer una gráfica concreta.
Consumo
Perfil de consumo doméstico
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Horas del día
1.5 Características de las cargas
La configuración y los costes de una instalación F.V. irán
en función de las cargas que tengamos que aplicar y de los
consumos previstos.
Las cargas en corriente continua suelen ser resistivas.
Tabla
MOTORES
CORRIENTE CONTINUA CORRIENTE ALTERNA
Necesidad de escobillas
Más variedad
Más caros
Más baratos
LÁMPARAS
Mejor eficiencia
SISTEMAS
Más baratos
Más eficiente
Más variedad
Mejor aceptación
Más y mejor artículos
de consumo
Tabla comparativa entre corriente continua y corriente alterna
1.6 Dimensionado de una instalación solar F.V.
El proceso es el siguiente:
– Elección de la orientación (acimut e inclinación).
– Obtención de la radiación (tablas con las H.S.P. o
los k.J/m2)
– Calcular la carga (energía consumida).
– Determinar la tensión de funcionamiento.
– Calcular la dimensión del generador FV.
– Determinar la capacidad del banco de baterías.
– Dimensionado del regulador y los convertidores
CC/CC y CC/CA si los hay.
– Cálculo de la sección del conductor (S).
1.6 Dimensionado de una instalación solar F.V.
La cantidad de radiación recibida del sol (radiación solar) y
la demanda diaria de energía son los factores que nos
marcarán la pauta para diseñar un sistema F.V.
Un método sencillo para el cálculo de instalaciones F.V. sería
el método del mes peor.
El método del mes peor tiene en cuenta valores medios
mensuales diarios de radiación global y de la carga. Sólo tiene
en cuenta los valores del mes más desfavorable en lo que a
la relación carga/radiación se refiere.
Es preciso determinar el número máximo de días de
autonomía (Daut) en función de las necesidades de la
instalación y de las características climatológicas de la zona.
1.6 Dimensionado de una instalación solar F.V.
A la hora de establecer Daut, hay que considerar tanto
la climatología del lugar como el tipo de instalación,
la importancia del servicio prestado (de iluminación
de viviendas, hospital, fábrica, radio-enlace, etcétera)
y las limitaciones económicas ya que cuanto mayor
sea Daut, mayor la inversión.
Estimación el número de días de autonomía (Daut)
Invierno
muy nubosos
variables
soleados
Instalación doméstica
5
4
3
Instalación crítica
10
8
6
1.6.2 Cálculo de la radiación solar
La elección de los datos de radiación solar
dependerá directamente de la situación de la
instalación, de las condiciones meteorológicas
predominantes y particulares de cada lugar
geográfico.
Se han de determinar las horas solares pico
(H.S.P.), que se pueden obtener en bases de datos
relacionadas con la zona geográfica donde de
hará la instalación.
Si los datos vienen dados en k.J/m2, para pasar a
HSP se ha de multiplicar por 0,0239 y a su vez por
0,0116.
1.6.3 Determinación la tensión de trabajo
Tensión de funcionamiento de la instalación
La tensión de funcionamiento se puede determinar a partir
de la potencia de la instalación, que lógicamente está
relacionada con la energía consumida.
Se suelen emplear las tensiones estándar: 12 V, 24 V, 48 V
o 120 V.
En general se recomienda:
12 V para potencias menores de 1,5 kW
24 o 48 para potencias entre 1,5 y 5 kW
48 o 120 V para potencias mayores de 5 kW
1.6.4 Cálculo del consumo
Los consumos se calcularán dependiendo si son en CC o CA:
Energia en CC
E CC =
∑ cantidad
. horas . Pnom_equipo
( CC )
ECC. = energía consumida en CC dado en Wh/día
Pnom_equipo(CC) = Potencia de cada equipo de CC conectado en vatios (W).
Cantidad = Cantidad de equipos de las mismas características
horas = Las horas que se prevé que esté en marcha el equipo.
Energia en CA
ECA = ∑ cantidad . horas. Pnom_equipo( CA)
ECA. = energía consumida en CA dado en Wh/día
Pnom_equipo(CA) = Potencia de cada equipo de CA conectado en vatios (W).
Cantidad = Cantidad de equipos de las mismas características
horas = Las horas que se prevé que esté en marcha el equipo.

I (V ) = I SC − I sat  exp



γ


q
(V + IR s ) − 1 − V + IR s
k T
Rp


1.6.4 Cálculo del consumo
Pérdidas en la instalación
KA: Pérdidas debido a la auto-descarga diaria de la
batería, dada a los 20ºC. Ésta pérdida suele venir en
las hojas de características dadas por el fabricante de
la batería, su valor por defecto es 0,5%. También son
muy comunes valores de 0,6 y 0,7%.
KB: Pérdidas debido al rendimiento de la batería que,
por lo general, tiene un valor del 5%, pero puede
escogerse un valor de 10% para viejos acumuladores
o fuertes descargas o bajas temperaturas.
 (K A ⋅ D aut ) 
K T = [1 − (K B + K C + K R + K X )]⋅ 1 −

PDmax 


I (V ) = I SC − I sat  exp



γ


q
(V + IR s ) − 1 − V + IR s
k T
Rp


1.6.4 Cálculo del consumo
KC: Pérdidas debido al rendimiento del convertidor utilizado (si
lo hay), es decir, principalmente en instalaciones de 220 V. Los
valores por defecto suelen oscilar entre el 80% y el 95%, por lo
que las pérdidas oscilarán entre 20% y 5%.
KR: Pérdidas debido al rendimiento del regulador empleado.
Suele depender de la tecnología utilizada, pero si no se conoce
se escoge el valor por defecto del rendimiento de 90 %, por lo
que las pérdidas serán de un 10%.
KX: Otras pérdidas no contempladas (por el efecto Joule, caídas
de tensión, etc.); se escoge un valor por defecto de 10%.
Daut: Días de autonomía con baja o nula insolación.
PDmax: Profundidad máxima de descarga de la batería, que
vendría dada por el fabricante de las baterías; por defecto se
escoge un valor del 60 o 70 %.
1.6.4 Cálculo del consumo
Energía total
Consumo en Ah/día
ET = ECC + ECA
ET
CT ( Ah / día ) =
Vnom
ET = consumo total Wh/día.
CT = consumo total en Ah/día.
Vnom = tensión nominal de la instalación.
Al valor obtenido se le añade las pérdidas KT:
CT
CT max(Ah/día) =
KT
CTmax (Ah/día)= consumo total máximo, considerando las
perdidas en el sistema (dado en Ah/día).
1.6.5 Dimensionado de los paneles F.V.
Energía del panel en Ah/día:
E panel ( Ah / día) = η panel ⋅ I m ax _ panel ⋅ HSP
ηpanel= Rendimiento del panel. Se puede escoger valor típico entre 85 y 95%.
Imax_panel = Corriente máxima del panel en amperios (A)
HSP = hora solar pico: radiación (kJ.m2/día) .0,024. 0,0116
Número de paneles solares F.V.
Número de paneles en paralelo:
N PP
C
( Ah / día )
= T max
E panel
Número de paneles en serie:
N PS =
V nom
V max _panel
Número de paneles
Número total de paneles:
N TP = N PP ⋅ N PS
Vnom: Tensión nominal de la instalación
Epanel: Energía del panel en Ah/día
CTmax(Ah/día)= consumo total máximo,
1.6.6 Dimensionado de las baterías
Determinación del dimensionado del sistema de
acumulación
Cnom-bat = capacidad nominal del acumulador
CT max( Ah/ día) ⋅ Daut
Cnom−bat =
⋅100
PDmax
Daut = días de autonomía
PDmax = profundidad máxima
de descarga
CTmax= consumo total máximo considerando las
perdidas en el sistema (en Ah/día)
Obs: Es importante tener en cuenta que la fiabilidad del sistema
aumenta con el aumento de la capacidad de la batería (aumento del
parámetro Daut), aunque, en realidad, el aumento en la fiabilidad del
sistema pasa también por un aumento en el generador FV, pues si éste
ha de ser suficiente para cargar las baterías.
1.6.7 Determinación del regulador
Determinación de la carga del regulador y número de reguladores
El regulador suele estar en serie con los paneles solares F.V.,
esto quiere decir que la intensidad del regulador la proporcionan
los paneles solares.
I regulador = 1,2 ⋅ N PP ⋅ I
max_ panel
Iregulador = intensidad del regulador
NPP = número de paneles solares en paralelo
Imax_panel = intensidad máxima del panel solare FV.
Obs: Si es necesario se pueden utilizar más reguladores que serán
colocados por grupos (iguales) de paneles.
1.6.8 Determinación del Inversor
Determinación de la potencia del convertidor
CC/CA
La potencia del convertidor vendrá determinada en función
de la potencia de los aparatos de consumo de CA y del
rendimiento del mismo inversor.
PINV =
Pconsumo
( CA )
η INV
PINV = potencia del inversor
Pconsumo(CA) = potencia de los consumos en CA.
ηINV. = rendimiento del inversor, lo estimado es un 85%
1.6.9 Cálculo de la sección del conductor
Los cálculos de las secciones de los conductores
variarán dependiendo si son en la parte del circuito de
corriente continua, corriente alterna, a continuación
se detallan las fórmulas necesarias para dichos
cálculos:
Corriente continua
El cálculo de la sección del conductor en corriente continua
es muy importante, debido fundamentalmente a que estamos
trabajando con tensiones de 12 V, 24 V, 48 V, como
consecuencia la intensidad aumenta considerablemente
haciendo que las pérdidas en los conductores eléctricos sean
importantes debido al calentamiento.
1.6.9 Cálculo de la sección del conductor
L
L
R
=
R = ρ ⋅ también
K ⋅S
S
ρ = resistividad del cobre
0,01754 Ω.mm2/m
K = conductividad del
cobre 56 m /Ω.mm2
R ⋅ S Ω ⋅ mm 2
ρ =
=
L
m
Siendo
ρ=1/K
Por facilidad a la hora de realizar los cálculos utilizaremos K.
También sabemos que R = (Va – Vb) / I
Si sustituimos tenemos:
(V a − V b )  L 
R=
=  ⋅ρ
I
S
Luego: S =
Teniendo en cuenta que son 2 cables:
ρ ⋅L⋅I
(V a − V b )
2⋅L⋅I
S =
K (V a − V b )
1.6.9 Cálculo de la sección del conductor
Corriente alterna (monofásica)
Para las líneas que trabajen en corriente alterna monofásica
utilizaremos lo establecido en el Reglamento Electrotécnico
para Baja Tensión (R.B.T.). El cálculo a seguir para encontrar la
sección adecuada será el siguiente:
Siendo la caída de tensión en una línea monofásica e = R.I.cosα,
obviamente al ser líneas de poca longitud el coeficiente de
autoinducción será igual a 0.
K = 56 p/ el cobre y 35 p/ el aluminio.
Si:
L
R=
K ⋅S
Donde:
L = longitud del conductor en m.
S = sección en mm2.
1.6.9 Cálculo de la sección del conductor
Entonces tendremos que la caída de tensión será:
2 ⋅ L ⋅ I ⋅ cosα
e=
K
También podemos expresar e de la forma:
2 ⋅ L ⋅ I ⋅ cos α V 2 ⋅ L ⋅ P
⋅ =
e=
K ⋅S
V K ⋅ S ⋅V
%V
obtendremos que:
Si e =
100
%V 2 ⋅ L ⋅ P
=
100 K ⋅ S ⋅V
Podemos encontrar en esta fórmula el valor deseado despejando
convenientemente.
Por ejemplo, la sección será igual a S =
2⋅ L⋅ P
⋅100
2
K ⋅ % ⋅V
Donde % es la caída de tensión en porcentaje
Generalmente 0,5 %, aunque p/ grandes longitudes se puede escoger 1 %.
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
Es conveniente utilizar una tabla en formato EXCEL, o bien
otros tipos de hojas de cálculo, programas informáticos o
simplemente efectuarlo manualmente.
Para el cálculo utilizaremos unos campos para rellenar y
una tabla de 14 líneas y 12 columnas, una para cada mes del
año.
Ene.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Feb.
Mar.
Abr.
May.
Jun.
Jul.
Ago.
Sep.
Oct.
Nov.
Dic.
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
Campos para
rellenar
Tensión de trabajo (nominal)
Situación provincia
Tensión paneles
Intensidad paneles
Temperatura máxima
Inclinación del panel en grados
Las líneas de la Tabla que hay que rellenar son los siguientes:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Tensión Nominal (Vnom)
W.h/día consumo (ET)
A.h/día (CT)
Previsión de pérdidas (CTmax)
Radiación (kJ/m2)
Horas Solar Pico (H.S.P.)
A.h/día p/ un módulo (Epanel)
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Nº de módulos en paralelo necesarios
Nº de módulos en paralelo instalados
Ah/día proporcionados
Déficit / Superávit
Días autonomía (Daut)
Profundidad de descarga (PDmax)
Capacidad de la batería (A.h)
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
Los campos que hay que rellenar son los siguientes:
• Tensión de trabajo: es la tensión que vamos a utilizar en la instalación,
normalmente 12 V, 24 V, 48 V.
• Situación provincia: se pondrá la provincia donde se va a efectuar la
instalación.
• Tensión paneles: es la tensión que proporciona cada panel en el MPP.
• Intensidad paneles: es la intensidad en el MPP que proporciona el
módulo F.V. elegido para la instalación.
• Temperatura máxima: normalmente se tomará una temperatura de 25 ºC
con una diferencia de 5 ºC.
• Inclinación del panel: el ángulo de inclinación óptimo es aquel que da
la mayor radiación para el mes peor, o mes de dimensionado.
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
Una vez relleno el encabezamiento se pasará al
apartado de características:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Tensión nominal (Vnom)
W.h /día consumo (ET)
A.h /día (CT)
Previsión de pérdidas (CTmax)
Radiación (kJ/m2)
Horas Solar Pico (H.S.P.)
A.h /día y módulo (Epanel)
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Nº de módulos necesarios (NPP)
Nº de módulos instalados
Ah/día proporcionados
Déficit / Superávit
Días de autonomía (Daut)
Profundidad de descarga
Capacidad de batería (A.h)
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
Para rellenar los campos de la hoja de cálculo tenemos
que proceder de la siguiente forma:
1. Es el voltaje que hemos seleccionado en la
instalación, normalmente será de 12 V, 24 V, 48 V.
En general se recomiendan tensiones de 12 V para potencias
menores de 1,5 kW, 24 o 48 V para potencias entre 1,5 y 5 kW y
48 o 120 V para potencias mayores de 5 kW.
2. Es el total de los consumos que hemos de alimentar.
Para poder establecer la totalidad de los consumos
efectuaremos lo siguiente:
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
1º Consumos en corriente continua (c.c.):
DESCRIPCIÓN
DEL EQUIPO
POTENCIA
NOMINAL
(W)
NÚMERO
EQUIPOS
(cantidad)
FUNCIONAMIENTO
(HORAS/DÍA)
TOTAL
ECC = ∑ cantidad . horas. Pnom_equipo(CC )
ECC = consumo CC W.h/día
ENERGÍA
CONSUMIDA
(W . h / día)
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
2º Consumos en corriente alterna (c.a.):
DESCRIPCIÓN
DEL EQUIPO
POTENCIA
NOMINAL
(W)
NÚMERO
EQUIPOS
(cantidad)
FUNCIONAMIENTO
(HORAS/DÍA)
TOTAL
ECA = ∑ cantidad . horas. Pnom_equipo ( CA)
ECA = consumo CA Wh/día
ENERGÍA
CONSUMIDA
(W x h / día)
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
Consumo total:
ET = ECC + ECA
ET = Energía total consumida Wh/día
ECC = Energía consumida en CC Wh/día
ECA = Energía consumida en CA Wh/día
El resultado del consumo total lo anotaremos en la casilla 2.
3. Es el consumo en Ah/día, será el punto 2 partido por el
punto 1. La energía total también se puede hallar con la
siguiente expresión:
ET
CT ( Ah / día ) =
Vnom
CT(Ah/dìa) = consumo total en Ah/día
ET = Energía total consumida en W.h/día
Vnom = tensión nominal del sistema
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
4. El consumo total máximo (CT max) considerando las
perdidas (KT) del sistema en Ah/día será:
CT
CT max (Ah/día) =
KT
CT = consumo total en Ah/día
KT = pérdidas en la instalación
 (K A ⋅ D aut ) 
K T = [1 − (K B + K C + K R + K X )]⋅ 1 −

P
Dmax


KB: Pérdidas debido al rendimiento de las baterías (5 o 10%).
KC: Pérdidas debido al rendimiento del convertidor utilizado (de 5 a 20%).
KR: Pérdidas debido al rendimiento del regulador utilizado (unos 10%).
KX: Otras pérdidas no contempladas (efecto Joule, caídas de tensión, etc.)
KA: Pérdidas por la auto-descarga diaria de la batería (entre 0,5 y 0,7%).
Daut: Días de autonomía de la batería.
Pdmax: Profundidad máxima de la batería.
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
5. Radiación según las tablas, puede venir en kJ/m2 o en
MJ/m2. También puede ser que se den directamente en
HSP o en kWh/m2 por día
6. Hallaremos las horas pico de sol, que es la radiación
obtenida por tablas en el Anexo 1, multiplicado por
0,0239 y a su vez multiplicado por 0,0116. El resultado
son H.S.P. (Hora Solar Pico).
7. Son Ah/día que proporciona cada módulo. Son las H.S.P.
multiplicado por la intensidad característica del módulo y
su rendimiento.
8. Número de módulos necesarios, será el punto 4 dividido
por el punto 7.
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
9. Número de módulos a instalar redondeando el punto 8
siempre al alza.
También el número de paneles solares F.V. vendrá dado por
la forma de instalación en paralelo o en serie:
Número de paneles en paralelo:
Epanel( Ah/ día) = η panel ⋅ I max_ panel ⋅ HSP
N PP
C T max
=
E panel
Número total de paneles:
N TP = N PP ⋅ N PS
Número de paneles en serie:
N PS =
Vnom
Vmax_ panel
Epanel = energía que proporciona un panel Ah/día.
H.S.P. = Hora Solar Pico = radiación
(kJm2/día).0,024. 0,0116
Imax_panel = intensidad en el punto de máxima
potencia del panel.
Vmax_panel = tensión en el punto de máxima
potencia del panel.
Vnom = tensión nominal de la instalación.
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
10. Ah/día obtenido de multiplicar el punto 7 por el punto 9.
11. Déficit / Superávit (Ah/día), se trata de restar el punto 10
menos el punto 4.
12. Días de autonomía, indica los días que podremos disponer
de batería en caso de que no haya radiación solar.
Los días de autonomía dependen del lugar y del uso que se
va a hacer de la instalación:
Para un sol regular 3 días.
Para un sol irregular de 5 a 7 días.
Para lugares críticos con muy poco sol 15 días.
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
13. Profundidad de la descarga de un acumulador o
de una batería, vendrá especificado por el
fabricante y depende del tipo de batería.
Ejemplo:
Batería Pb+Sb 70% (Plomo + Antimonio)
Batería Pb+Ca 50% (Plomo + Cálcio)
Batería Pb 40% (Plomo)
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
14. Capacidad de la batería (Ah), se hallará según necesidades
del sistema, se obtendrá partiendo del punto 4 multiplicado
por los días de autonomía (punto 12) y dividido por la
profundidad de la descarga (punto 13). También se puede
hallar con la siguiente expresión:
Cnom−bat =
CT max ⋅ Daut
⋅100
PD max
Batería Pb+Sb 70%
Batería Pb+Ca 50%
Batería Pb 40%
Cnom_bat = capacidad nominal del acumulador
CTmax = Consumo total máximo considerando las pérdidas
en Ah/día
Daut = días de autonomía
PDmax = profundidad máxima de descarga (en %)
1.7 Procedimiento para el cálculo de instalaciones
Regulador
El regulador será el que puede soportar la intensidad máxima
proporcionada por los paneles solares F.V.
I regulador = 1,2 ⋅ N PP ⋅ I
max_ panel
Iregulador = intensidad del regulador (A).
Imax_panel = intensidad máxima que da el panel solar (A).
NPP = número de paneles en paralelo.
Inversor o convertidor c.c./c.a.
El inversor tendrá que soportar una potencia que será como
mínimo la de la carga, como norma general, siempre
utilizaremos un convertidor con una potencia superior a la de la
carga en CA, ya que el rendimiento de un convertidor fluctúa
entre el 85 y 95%.
1.- DIMENSIONADO DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO (GFV).
Se ha de determinar:
1.1 Potencia Nominal (Kwp):
En la práctica se elige en función del presupuesto disponible y de la
cantidad de electricidad solar que se desea generar.
E = G d a( α , β ). PGFV .PR.3 65
donde:
E: producción de electricidad solar anual (Kwh.año-1).
Gda(a,ß): valor medio anual de la irradiación diaria sobre superficie
orientada con acimut a he inclinación ß (Kwh.m-2.día-1).
PGFV: potencia del g.f.v. en c.e. (Kwp).
PR: rendimiento del sistema o performance ratio (adimensional).
1.- DIMENSIONADO DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO (GFV).
1.2 Módulos Fotovoltaicos a emplear (modelos):
Existen varios fabricantes en el mercado, de modo que cada
uno de ellos ofrece varios modelos.
El modelo de modulo se caracteriza en c.e. de medida por:
PM: potencia del módulo (Wp)
VOC: tensión de circuito abierto (V)
ISC: corriente de cortocircuito (A)
VMP: tensión en el punto de máxima potencia (V)
IMP: corriente en el punto de máxima potencia (A)
RS: resistencia serie de la célula (O)
También resulta de interés conocer:
NCP: número de células en paralelo
NCS: número de células en serie
1.- DIMENSIONADO DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO (GFV).
Parece que si se quiere instalar una potencia del
GFV PGFV y se dispone de módulos fotovoltaicos
de potencia PM, el número de estos a instalar
sería igual a:
 PGF 
N º de módulos = Entero mayor 

 PMAX 
En general no es así: se ha de tener en cuenta el
margen de tensiones de entrada del inversor.
1.- DIMENSIONADO DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO (GFV).
1.3 Conexionado de los módulos:
Se ha de determinar:
NMP: número de módulos en paralelo
NMS: Número de módulos en serie
Dichos valores dependen del modelo de módulo fotovoltaico a
utilizar y del margen de tensiones de entrada en las que el
inversor busca el punto de máxima potencia del GFV. Asimismo
se ha de cuidar el no sobrepasar la máxima tensión en circuito
abierto que el inversor es capaz de soportar.
NMS debe ser tal que la variación con el tiempo de la suma de las
tensiones en el punto de máxima potencia de todos los módulos
se encuentre en el margen de tensiones en el cual el inversor
busca el punto de máxima potencia de la curva V-I del GFV.
Se deben añadir tantas ramas en paralelo NMP como sean
necesarias hasta completar, aproximadamente, la potencia del
GFV que se desea instalar.
1.- DIMENSIONADO DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO (GFV).
N MS
VMAXINV 
= Entero mayor 

 VMAX 
N MP
 PGFV 
= Entero mayor 

 N MS .PMAX 
Donde VMAXINV es el límite superior del margen para el
que el inversor busca el punto de máxima potencia de
la curva V-I del GFV.
2.- DIMENSIONADO DEL INVERSOR
Se ha de determinar la potencia DC de entrada nominal
(máxima) que debe admitir el inversor PINV.
En general, PINV depende de PGFV. Una
recomendación muy usada que proporciona
valores de FS = PINV/PGFV, en función de la
latitud, es la siguiente:
* Sur de Europa: FS = 0.8 – 1.0
* Centro Europa: FS = 0.75 – 0.9
* Norte de Europa: FS = 0.7 – 0.8
La recomendación anterior es válida para GFVs
orientados al Sur e inclinados un ángulo
aproximadamente igual a la latitud del lugar.
3.- DIMENSIONADO DE LAS SECCIONES DEL CABLEADO.
La sección de los cables debe ser tal que soporten la máxima
corriente que circulará por ellos, a la temperatura de trabajo.
A efectos de añadir un margen de seguridad al dimensionado de las
secciones de los cables, es conveniente considerar la máxima
corriente que va a atravesar los conductores un 20% mayor que la
obtenida. Los cables utilizados para conectar las ramas de módulos a
la caja de conexión con el inversor suelen estar al aire y ser
unipolares.
Los cables utilizados para conectar la caja de conexión con el inversor
suelen estar al aire y ser unipolares.
Los cables utilizados para conectar la salida del inversor a la red no
suelen estar al aire y a menudo son unipolares.
A partir de los valores obtenidos en
corriente que deben soportar es igual a:
la simulación, la máxima
3.- DIMENSIONADO DE LAS SECCIONES DEL CABLEADO.
a) Inversor monofásico:
I Cmax
PACmax
=
220
b) Inversor trifásico: donde:
I Cmax
donde:
ICmáx
PACmax
=
3.220
(A) es la máxima corriente que circula por el conductor
PACmáx
(W) es la máxima potencia que suministra el inversor a
lo largo de todo un año de operación.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Incandescencia convencional:
Las bombillas de filamento incandescente, las de uso más
habitual, tienen un rendimiento luminoso de sólo el 8%. El 92%
de la energía eléctrica que gastan la convierten en calor. La vida
de estas bombillas suele estar en torno a las 1000 horas
de funcionamiento.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Incandescencia halógena:
Son similares a las anteriores pero con un filamento que trabaja
a mayor temperatura y que es capaz de regenerarse, lo cual
aumenta su vida, que suele estar en torno a las 2000 horas.
Suelen funcionar a voltajes bajos (12 V, 24 V), lo que permite
su instalación en corriente continua. Su rendimiento es sólo
superior a las bombillas de incandescencia convencional.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Su principal ventaja es que producen una luz
concentrada que facilita su utilización para la
iluminación de zonas muy concretas. De esa
forma, con una bombilla de poca potencia se
puede proyectar suficiente luz localizada sobre
el punto de trabajo. En cambio para iluminar
espacios grandes, es necesario distribuir un
buen número de lámparas por todo el recinto y
conseguir una iluminación uniforme.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Lámparas de descarga
Es un grupo de lámparas muy diversas que utilizan
mercurio o sodio como elementos de descarga, los
cuales se tienen que evaporar inicialmente con la
creación de un arco que funciona a temperatura
muy alta. Por este motivo, el tubo de descarga va
confinado dentro de una bombilla de vidrio con un
recubrimiento interior fluorescente. Las propiedades
varían mucho de unas a otras y esto las hace
adecuadas para unos usos u otros.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizado
(vapor de mercurio o sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o
baja presión).
• Lámparas de vapor de mercurio:
– Baja presión:
• Lámparas fluorescentes
– Alta presión:
• Lámparas de vapor de mercurio a alta presión
• Lámparas de luz de mezcla
• Lámparas con halogenuros metálicos
• Lámparas de vapor de sodio:
– Lámparas de vapor de sodio a baja presión
– Lámparas de vapor de sodio a alta presión
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Lámparas fluorescentes
Tubos fluorescentes convencionales:
Éstos, a diferencia de los de incandescencia funcionan a
temperaturas bajas. Por ello su rendimiento es mucho más
elevado (entre el 30% y el 50%). Funcionan a tensiones y
frecuencias elevadas que hay que producir mediante una
reactancia.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Su vida media disminuye cuando hay variaciones de la tensión
nominal y depende también del número de encendidos a que se
somete. La vida media estimada por los fabricantes es de 7000
horas.
Lámparas fluorescentes compactas:
Son lámparas fabricadas con tubos fluorescentes de pequeño
diámetro, doblados o en forma de fragmentos de tubos unidos entre
sí por “puentes” con el fin de alcanzar una corta longitud y disponer
los conectores en un solo lado.
El sistema de funcionamiento es igual al de los tubos fluorescentes,
pero tienen mejoras tanto en lo referente al rendimiento como a la
calidad de la luz, que es superior a la de los tubos fluorescentes
convencionales. Existen diversidad de modelos en cuanto a potencia
o al tipo de luz (tonalidad).
1.7 Elementos de consumo (cargas)
El hecho de tener el tubo doblado hace que pueda
tener un volumen similar al de una bombilla y
que pueda integrarse en lámparas convencionales.
La vida estimada oscila entre las 5000 y las 8000
horas.
Por su calidad de luz, dimensiones, eficiencia y
diversidad de potencia y modelos, las lámparas
fluorescentes compactas se usan, sobre todo, en
lugares donde su funcionamiento es largo y
continuado, y en todo tipo de luminarias
convencionales.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Tipos y características de lámparas:
Lámparas
Incandescente
Halógena
Tubo fluorescente
(+ reactancia)
Fluorescente compacta
(+ reactancia)
Potencia
(W)
Flujo luminoso
(lúmenes)
25
230
430
40
60
15
20
50
15 + 8
20 + 8
40 + 10
11
13
730
225
350
950
770
1080
2800
600
900
Rendimiento
Luminoso
lm/W
9
10
12
15
17,5
19
33
38,6
56
60
69
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Reactancias
La reactancia proporciona la tensión necesaria para el
encendido del tubo, estabiliza la descarga y suministra
la corriente necesaria para la potencia de la luz
Las lámparas fluorescentes necesitan el tubo, la
reactancia y, cuando ésta es ferromagnética, el
cebador. Para una misma potencia del tubo
fluorescente, el conjunto de estos componentes
puede tener un consumo muy distinto, sobre todo a
causa de la reactancia. Comparando varias
tecnologías y marcas, se observan grandes
diferencias entre reactancias, en concreto entre las
convencionales (ferromagnéticas) y las electrónicas.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Tipos y características de reactancias
Las reactancias ferromagnéticas son muy pesadas porque
están formadas por un núcleo de hierro y una bobina, y tienen
un bajo rendimiento. Las electrónicas son convertidores
de frecuencia que funcionan mucho más eficientemente,
además de no necesitar cebador.
Tipos de reactancia
Potencia
fluorescente
Consumo
reactancia + fluorescente
Ferromagnética
18 W – 20 W
30 W
Electrónica
18 W – 20 W
15 W
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Ventajas de los balastos electrónicos frente a los
convencionales (ferromagnéticos):
–
–
–
–
–
–
–
–
Encendido sin parpadeo
Luz más agradable, sin efecto estroboscopio y libre de ruidos
Ausencia de emisión de campos magnéticos
Desconexión automática de los tubos defectuosos, evitándose
así los molestos parpadeos.
Se aumenta la vida útil de los tubos fluorescentes, ya que
calientan los cátodos en todas las condiciones de
funcionamiento y no sólo en el encendido, como sucede con los
sistemas convencionales.
Aumento de la esperanza de vida de los tubos en un 50% más,
gracias al rápido encendido.
No se requieren tubos especiales.
Mayor seguridad contra incendios, dada la menor temperatura
de funcionamiento
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Las lámparas fluorescentes compactas también necesitan una
reactancia. Las que llevan incorporada pueden tenerla de tipo
ferromagnético (lámparas muy pesadas) o electrónicas (más
ligeras). Estas últimas son mucho más eficientes, tienen un
encendido instantáneo y ofrecen toda su intensidad lumínica
al cabo de muy pocos segundos (las otras necesitan varios
minutos).
Marca
Modelo
Potencia
nominal (W)
Consumo
real (W)
Philips
SL-Prismatic
(ferromagnética)
25 W
57 W
Philips
PLC
(electrónica)
20 W
18 W
Datos comparativos de dos tipos de lámparas fluorescentes
compactas con reactancia incorporada
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Selección de lámparas y luminarias
• En lugares donde las luces están mucho tiempo
encendidas, es de todo recomendable utilizar lámparas
fluorescentes.
• Las más eficientes (relación luz/energía) son las
fluorescentes compactas, a poca distancia de los tubos
fluorescentes.
• Siempre hay que utilizar reactancias electrónicas, ya
que las convencionales tienen un consumo mucho mayor.
• Para cuartos de baño, cocinas, despachos, comedores y
salas de estar se considera necesario 2 W/m2, en cambio
para dormitorios, pasillos, escaleras y garajes con
1 W/m2 es suficiente.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Ahorro de electricidad en electrodomésticos
Criterios generales:
1. Los electrodomésticos de una cierta potencia (lavadora,
aspiradora, plancha, etc.) es preferible hacerlos funcionar
durante las horas de sol, especialmente cuando éste es
más intenso.
2. Hay que evitar el uso de electrodomésticos que utilizan
resistencias eléctricas para producir calor, sobre todo los
fácilmente sustituibles (freidora, tostadora, etc.).
3. No instalar nunca placas eléctricas para la calefacción, ni
calentadores de agua eléctricos o aparatos similares.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
4. En el momento de comprar un aparato de consumo
eléctrico, es muy importante fijarse en su potencial y
seleccionar el que menos consuma para un mismo
servicio.
Congeladores
Los congeladores están diseñados para mantener
temperaturas muy bajas, en torno a –20 ºC, y con un
intenso poder de enfriamiento para congelar alimentos
rápidamente. Por ese motivo, el modelo de congelador
más habitual es el de tipo arcón, con puerta superior
horizontal y un buen aislamiento en las paredes (son
preferibles a los congeladores de puerta frontal vertical).
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Consumos de diferentes modelos de congeladores
Eficiencia
energética
Marca
Modelo
kWh / 100 l
kWh / día
Capacidad (l)
A
Liebherr GTS 2223
0,23
0,48
205
A
Liebherr GTS 2623
0,21
0,52
245
A
Liebherr GTS 3123
0,20
0,60
291
A
A
Liebherr GTS 3723
Liebherr GTS 4723
0,20
0,71
352
0,19
0,66
441
B
Liebherr GTS 2102
0,37
0,74
199
B
B
Liebherr GTS 2502
0,34
0,82
238
Liebherr GTS 3002
0,32
0,91
284
Liebherr GTS 3602
Liebherr GTS 1402
0,30
1,00
334
0,57
0,74
130
B
C
Deberían seleccionarse los de clase A
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Congelador Liebherr GTS 2223
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Características técnicas
Marca: Liebherr
EAN: 9005382058213
Alto: 85 cm
Ancho: 56 cm
Capacidad Neta (Litros): 101 l
Construcción: Independiente
Consumo Energético Anual (kWh): 190 kWh
Eficiencia Energética: A +
Integrado: No
No Frost: sin no frost
Tipo de Congelador: Armario
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Neveras
El hecho de que su puerta sea frontal (lo que provoca la
salida del aire enfriado cada vez que se abre la puerta), y
que en su funcionamiento habitual se abra muchas veces
al día, unido a un diseño que habitualmente no ha tenido
en cuenta la eficiencia energética, provoca que su
consumo sea muy elevado, uno de los mayores entre los
de una vivienda normal.
Así y todo, ya empiezan a aparecer algunos modelos que
tienen un consumo sorprendentemente bajo, lo que pone
en evidencia las grandes posibilidades de ahorro
energético de estos aparatos.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Consumos de diferentes modelos de neveras
Eficiencia Marca
Modelo
kWh / 100 kWh / día Capacidad
(l)
l
A
AEG
Eco-Santo Super 2874-4kA
0,13
0,35
265
A
AEG
Eco-Santo Super 3274-4kA
0,11
0,36
307
A
Eco-Santo 4074-4
0,26
1,00
291 + 82*
A
A
A
AEG
Liebherr
Liebherr
Kte 1840
KS 3140
0,24
0,15
0,41
0,46
174
301
Liebherr
A
B
Liebherr
AEG
KD 2842
KGT 4046
Eco-Santo 3646-4
0,30
0,27
0,38
0,83
0,97
1,26
216 + 54*
266 + 85*
239 + 82*
B
AEG
Eco-Santo 4076-4
0,36
1,035
291 + 82*
B
FAGOR
0,44
1,18
B
FAGOR
IFCC-52NF
IFCC-49EL
0,39
1,34
178 + 86*
240 + 100*
* Volumen del compartimiento de congelador.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Nevera Liebherr Liebherr Kte 1840
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Ahorro de energía en neveras y congeladores
Hay normas generales para mantener el nivel de consumo de
estos aparatos cercano al que anuncia la casa fabricante:
– Descongelar cuando el grosor del hielo fijado en las superficies
de enfriamiento supere los 5 mm.
– No introducir alimentos calientes. Hay que dejarlos enfriar a la
temperatura ambiente antes de ponerlos en el refrigerador.
– Reducir al máximo el número de aperturas de la nevera o
congelador, colocando o extrayendo de una sola vez todos los
alimentos que sean necesarios.
– Mantener limpias de polvo las rejillas de disipación de calor
(condensador) que hay detrás de los aparatos.
– Situar el aparato en un ambiente fresco y ventilado, donde no le
dé el sol ni esté cerca de focos de calor (cocina, lavaplatos,
radiador, etc). Etc. Etc.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Lavadoras
Para la mayoría de usuarios, la lavadora ideal es la
automática, que aunque gasta más energía y mucho agua,
no precisa la intervención de nadie.
Tanto la lavadora como el lavavajillas gastan mucha
electricidad si tienen que calentar el agua para lavar en
caliente. La mejor solución es utilizar aparatos con dos
entradas de agua, una fría y otra caliente, esta última
conectada al circuito de distribución de agua caliente,
procedente del calentador de gas o de un acumulador de
agua caliente (a su vez alimentado por una caldera,
captador solar, etc.). Este tipo de lavavajillas y lavadoras
se denomina bitérmicas.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Consumo eléctrico de dos lavadoras bitérmicas en el
programa normal con agua caliente pero sin conexión
de la resistencia eléctrica.
Marca
Modelo
Capacidad
Consumo por lavado
(sin conexión resistencia)
Fagor
Daewoo
LG
F-846-R
DWF-5590
4,5 kg
265
5,5 kg
307
WF-5525PP
5,5 kg
291 + 82*
La lavadora bitérmica selecciona el agua según el programa
de lavado. El agua se calienta con un sistema más rentable
que la resistencia de la lavadora.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
1.7 Elementos de consumo (cargas)
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Consumos orientativos (a 220 V de CA) de diversos aparatos
domésticos apagados
Aparatos
Aparatos de telemando
Televisor
Video
Minicadena hi-fi
Aparatos con consumo permanente
Telefax
Contestador telefónico
Teléfono inalámbrico
Teléfono rural vía radio (TRAC-ARCE)
Radio-reloj despertador
Radio-cassette
Impresora chorro de tinta
Impresora láser
Relojes electrónicos de microondas
cafeteras, termómetros de neveras, etc.
Potencia consumida (W)
(sin funcionar)
3-20
6-20
5-20
3-30
1-5
2-5
9
1-3
2-6
3-25
3-50
2-4
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Consumos orientativos (a 220 V de CA) de diversos aparatos
domésticos apagados
Aparatos
Potencia consumida (W)
(sin funcionar)
Aparatos con transformador
Luces halógenas
Cargadores de pilas Ni-Cd
3
1-3
Radio
1-2
Cepillo de dientes eléctrico
Cargador de teléfono móvil
Fuente de alimentación para emisora
1-2
10-15
2-25
Otros:
Circulación de calefacción
100
Regulación de la caldera
>10
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Ejemplo demostrativo de un consumo de electricidad diario
de una casa mínimamente equipada con aparatos eléctricos
Aparatos
Consumo
en vacío
Horas
Total
(Wh/día)
Televisor
Video
20
20
20
22
400
440
Cadena hi-fi
20
22
440
Radio-reloj
3
9
24
24
5
24
72
216
120
Teléfono rural vía radio (TRAC-ARCE)
Contestador
TOTAL = 1688
Se trata de un consumo que no ofrece ningún servicio real a
los usuarios.
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Potencia nominal usual de los aparatos más utilizados:
Aparatos
Potencia consumida (W)
Lámpara de bajo consumo
9 - 11
10 - 40
50 - 100
20 - 30
Tubo fluorescente
Televisor color
Televisor B/N
Radio-cassette
Video
Plancha eléctrica
Ordenador
Frigorífico 120 Litros
Congelador
Extractor
Pequeños electrodomésticos
Máquinas herramientas
5 - 15
50
600 - 1200
200
100 - 200
90 - 150
50 - 70
50 - 200
200 - 500
1.7 Elementos de consumo (cargas)
Horas de funcionamiento diario de los aparatos de uso
frecuente en las instalaciones solares fotovoltaicas:
Aparatos
Iluminación
Iluminación intensa
Televisor color
Televisor B/N
Radio-cassette
Video
Lavadora
Plancha eléctrica
Ordenador
Frigorífico
Congelador
Pequeños electrodomésticos
Máquinas herramientas
Funcionamiento (Horas / día)
1
3
3
3
1
1
1/2
1/4
1/2
6 -12
5
1/4
1/4