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
