FEBRERO 2022 MANUAL DE USUARIO DE SISTEMA FOTOVOLTAICO AISLADO SECHURA-VIRRILÁ Índice 1. Esquema de funcionamiento del sistema fotovoltaico aislado ............. 3 2. Elementos básicos de una instalación fotovoltaica aislada................... 4 2.1 Módulo fotovoltaico ...................................................................... 4 2.2 Baterías .......................................................................................... 4 2.3 Regulador o Controlador de Carga ................................................. 5 2.4 Inversor.......................................................................................... 6 2.5 Tablero de distribución .................................................................. 8 2.6 Conductores................................................................................... 8 3. Diagramas de conexión ........................................................................ 9 3.1 Conexión del banco de baterías: .................................................... 9 3.2 Conexión de los paneles solares................................................... 11 3.3 Conexiones del Inversor ............................................................... 13 4. Instalación y pruebas realizadas ......................................................... 14 4.1 Parámetros del sistema................................................................ 14 4.2 Instalaciones realizadas ............................................................... 14 4.3 Pruebas realizadas ....................................................................... 16 5. Riesgo eléctrico .................................................................................. 20 6. Modos de operación .......................................................................... 21 6.1 Modo Montaje o lanzamiento o encendido del sistema. ............. 21 6.2 Modo Desconexión o desmontaje o apagado del sistema. .......... 21 7. Mantenimiento del sistema ............................................................... 22 8. Recomendaciones .............................................................................. 22 1 Tabla de ilustraciones Figura 1. Sistema fotovoltaico aislado, esquema genérico. ........................ 3 Figura 2. Componentes del módulo fotovoltaico........................................ 4 Figura 3. Batería ......................................................................................... 5 Figura 4. Controlador de cargar. ................................................................. 6 Figura 5. Inversor para sistema fotovoltaico. ............................................. 7 Figura 6. Inversor híbrido. .......................................................................... 7 Figura 7. Tablero de distribución común domiciliario. ................................ 8 Figura 8. Conductores. ............................................................................... 9 Figura 9. Diagrama de conexión de banco de baterías. ............................ 10 Figura 10. Banco de baterías instaladas.................................................... 10 Figura 11. Diagrama de conexión de los paneles solares. ......................... 12 Figura 12. Módulos fotovoltaicos ya instalados previamente. .................. 12 Figura 13. Esquema de conexión del inversor growatt. ............................ 13 Figura 14. Equipo Híbrido Inversor y controlador de carga GROWATT. .... 13 Figura 15. Tablero de distribución instalado. ............................................ 15 Figura 16. Conexiones ente protecciones y equipo inversor/controlador. 15 Figura 17. Multitester con lectura de 219 voltios a las 11 am................... 16 Figura 18. Voltaje de los paneles solares medidos con el multitester a las 11 am. ........................................................................................................... 17 Figura 19. Lectura mostrada por el inversor/controlador en el display del equipo. ..................................................................................................... 18 Figura 20. Lectura mostrada por el display del inversor/controlador. ...... 19 Figura 21. Debido al voltaje y corrientes del sistema, hay peligro y riesgo eléctrico presente. Sólo personal calificado debe manipular la instalación realizada................................................................................................... 20 Figura 22. Es obligatorio el uso de equipos de protección personal para este caso. Guantes aislantes, zapatos dieléctricos y casco. .............................. 20 2 1. Esquema de funcionamiento del sistema fotovoltaico aislado Un sistema fotovoltaico aislado es un tipo de sistema de generación de energía eléctrica alterna (AC) a partir de la captación de la radiación solar, con la particularidad de que el sistema no se encuentra conectado a la red eléctrica local. A continuación, se muestra un esquema de un sistema fotovoltaico aislado común: Figura 1. Sistema fotovoltaico aislado, esquema genérico. En la figura 1 se pueden identificar los componentes básicos de un sistema eléctrico fotovoltaico, los cuales son: módulo fotovoltaico, controlador de carga, banco de baterías, inversor, tablero de distribución y la carga. 3 2. Elementos básicos de una instalación fotovoltaica aislada 2.1 Módulo fotovoltaico Los módulos fotovoltaicos están formados por un conjunto de celdas fotovoltaicas interconectadas entre ellas. El panel fotovoltaico es el encargado de transformar de una manera directa la energía de la radiación solar en electricidad, en forma de corriente continua (DC). Dicha transformación se da por efecto fotoeléctrico entre las celdas cristalinas que componen el panel solar y la radiación solar. Los paneles solares pueden entregar comúnmente 12 voltios DC, pero es posible conectarlos en serie o paralelo según el diseño realizado por el Ingeniero a cargo. Por otro lado, existen diferentes tipos de paneles solares, pero los más eficiente a día de hoy son los monocristalinos. Figura 2. Componentes del módulo fotovoltaico. 2.2 Baterías Son los dispositivos encargados de recolectar la energía que produce el módulo fotovoltaico, la energía se almacena en la batería, la cual 4 tiene lo siguientes parámetros: carga eléctrica (Amperios-Hora), tensión eléctrica o voltaje (voltios), corriente eléctrica (Amperios). Es usual que las baterías tengan un voltaje de 12 voltios a plena carga, sin embargo, existen otros tipos de baterías con diferente voltaje. Cabe destacar que cuando las baterías se conectan en serie, tienen la misma carga eléctrica y la misma corriente, mientras que el voltaje se adiciona: Por ejemplo 3 baterías en serie producen 36 Voltios de corriente continua. Por otro lado, cuando las baterías se conectan en paralelo, tienen la misma tensión eléctrica. Figura 3. Batería 2.3 Regulador o Controlador de Carga Las Instalaciones Fotovoltaicas Autónomas o Aisladas necesitan de un sistema de baterías o acumuladores para almacenar la energía producida en excedente cuando tenemos Sol y utilizarla posteriormente cuando los paneles no son capaces de producir la energía necesaria que demanda la instalación. El control de este proceso de carga y descarga de las baterías lo realiza un dispositivo llamado "Regulador de Carga". Este dispositivo, 5 a pesar de su sencillez y su bajo coste, comparado con el coste total de la instalación, es fundamental para proteger la vida útil de las baterías y mejorar el funcionamiento del sistema fotovoltaico. En teoría controla la carga y la descarga de las baterías, mejor dicho, que no haya sobrecarga ni sobre descarga de las baterías aumentando así la vida útil de las misma. Figura 4. Controlador de cargar. 2.4 Inversor Es un convertidor electrónico de potencia que transforma la energía de corriente continua en energía de corriente alterna, es decir que comúnmente ingresan 12 o 24 voltios de corriente directa al inversor y salen 220 voltios de corriente alterna a 60 hz. Para aplicaciones donde los equipos que constituyen la carga son sensibles a armónicos es recomendable utilizar inversores de onda pura, para el resto de casos se puede utilizar un inversor de onda modificada. 6 Cabe destacar que existen equipos que cumplen la doble función de inversor y controlador de carga, como los equipos Growatt, los cuales son inversores híbridos. Figura 5. Inversor para sistema fotovoltaico. Figura 6. Inversor híbrido. 7 2.5 Tablero de distribución En toda instalación eléctrica según el código nacional de electricidad debe colocarse un panel o tablero de distribución donde suelen incluirse las protecciones eléctricas del sistema: interruptores diferenciales e interruptores termomagnéticos. En este caso dependiendo de la complejidad de la instalación se pueden considerar un número determinado de protecciones, lo cual queda a criterio del ingeniero a cargo. Figura 7. Tablero de distribución común domiciliario. 2.6 Conductores Es el medio por el cual sistema eléctrico transporta la energía eléctrica, específicamente la corriente eléctrica. El dimensionamiento de un conductor, así como el tipo de conductor utilizado son parámetros de diseño en función de la carga y de los componentes involucrados del sistema. 8 Figura 8. Conductores. 3. Diagramas de conexión 3.1 Conexión del banco de baterías: Especificaciones de las baterías Carga: 150 amperios hora. Voltaje: 12 voltios El banco de baterías se ha conectado en configuración serie-paralelo, 2 pares de baterías en paralelo, y cada par conectado en serie. El sistema está diseñado para entregar 24 voltios entre el borne positivo y negativo; así como también almacenar 300 amperios-hora. (En la práctica se miden valores ligeramente diferentes a los indicados, pero son variaciones mínimas). 9 Figura 9. Diagrama de conexión de banco de baterías. Figura 10. Banco de baterías instaladas. 10 3.2 Conexión de los paneles solares Características de los paneles solares: Potencia: 320 w Corriente media pico: 8.64 Voltaje medio pico: 37.05 Corriente de cortocircuito: 9.38 A Voltaje de cortocircuito: 45.43 A Parámetros de diseño: Tomando en cuenta la datasheet del inversor (el cual es el equipo que impondrá los parámetros de diseño y protección del sistema, para evitar una sobrecarga): Corriente máxima: 50 A Voltaje máximo: 102 V El sistema tendría 90.86 voltios y 28.14 amperios, lo cual cumple con no exceder los parámetros de diseño, y por tanto se encuentra protegido contra una falla. Asimismo: Se tomará en cuenta una carga máxima de 2500 W, para evitar sobrecargas, se debe evitar conectar equipos que en conjunte superen este límite de potencia activa. 11 Figura 11. Diagrama de conexión de los paneles solares. Figura 12. Módulos fotovoltaicos ya instalados previamente. 12 3.3 Conexiones del Inversor El equipo Growatt instalado, es un inversor y controlador de carga, un sistema híbrido que tiene tres puntos de conexión: PV INPUT: Punto de conexión de los paneles solares (DC) DC INPUT: Punto de conexión para las baterías (DC) AC OUTPUT: Punto de salida de la corriente alterna (AC) Figura 13. Esquema de conexión del inversor growatt. Figura 14. Equipo Híbrido Inversor y controlador de carga GROWATT. 13 4. Instalación y pruebas realizadas 4.1 Parámetros del sistema Parámetros Límites: Voltaje Máximo Permitido de los paneles solares: 102 voltios Corriente Máxima Permitida: 50 Amperios Los parámetros de funcionamiento medidos en las pruebas han sido: Voltaje de funcionamiento: 86 voltios Corriente Suministrada: 28 amperios 4.2 Instalaciones realizadas Instalación de tablero de distribución y llaves de protección: La primera de la izquierda es la llave de conexión de paneles solares al controlador. La segunda es la de conexión del banco de baterías hacia la entrada input DC del inversor. La tercera y última del extremo derecho es la llave de alimentación desde el inversor hacia la salida de suministro AC es decir la alimentación de corriente ac 220v teóricos 14 Figura 15. Tablero de distribución instalado. Asimismo, las conexiones realizadas se pueden apreciar en la siguiente imagen: Figura 16. Conexiones ente protecciones y equipo inversor/controlador. 15 4.3 Pruebas realizadas A continuación, se muestran las pruebas realizadas: Prueba 1: Voltaje real arrojado por el sistema hacia la salida de corriente alterna AC 218v a las 11 de la mañana. Figura 17. Multitester con lectura de 219 voltios a las 11 am. 16 Prueba 2: Lectura con multitester prueba de testeo de voltaje real de la configuración serie paralelo final de paneles solares, 86 voltios reales a las 11 de la mañana Figura 18. Voltaje de los paneles solares medidos con el multitester a las 11 am. 17 Prueba 3: Testeo de suministro de Corriente AC a las 9 de la noche. Se identifica entrada de 25.2 DC voltios, salida de 219 voltios AC Figura 19. Lectura mostrada por el inversor/controlador en el display del equipo. 18 Prueba 4: Interfaz de equipo a las 10 de la mañana, se identifica 27.9 voltios DC y una salida de 219 voltios de corriente AC. Figura 20. Lectura mostrada por el display del inversor/controlador. 19 5. Riesgo eléctrico Cualquier tipo de manipulación del sistema que implique cambiar o alterar la instalación realizada debe realizarse por un profesional calificado debido al riesgo eléctrico presente en la instalación. Cabe destacar también que es obligatorio según el código nacional de electricidad, utilizar los equipos de protección personal para este tipo de actividades, es decir: Guantes dieléctricos, zapatos dieléctricos y casco. Figura 21. Debido al voltaje y corrientes del sistema, hay peligro y riesgo eléctrico presente. Sólo personal calificado debe manipular la instalación realizada. Figura 22. Es obligatorio el uso de equipos de protección personal para este caso. Guantes aislantes, zapatos dieléctricos y casco. 20 6. Modos de operación 6.1 Modo Montaje o lanzamiento o encendido del sistema. Este modo se utiliza cuando se va instalar el equipo por primera vez: Paso 1: Conexión de Baterías a inversor. (llave de baterías de 24 V) Paso 2: Conexión del Inversor hacia salida AC (llave AC 220) Paso 3: Conexión de los paneles a inversor. (Llave de paneles solares 80 voltios) Paso 4: Accionar pulsador on/off en el inverso, en modo ON. 6.2 Modo Desconexión o desmontaje o apagado del sistema. Este modo se utiliza cuando se requiere desmontar los equipos, apagar el sistema o realizar mantenimientos preventivos o correctivos según sea el caso. Paso 1: Apagar el equipo presionando el pulsador on/off del inverso en modo OFF. Paso 2: Apagar la llave de AC 220 Voltios Paso 3: Apagar la llave de paneles solares Paso 4: Apagar la llave de baterías DC 21 7. Mantenimiento del sistema El mantenimiento a realizar será preventivo cada 3 meses: Se realizará limpieza a las celdas de los paneles solares, teniendo cuidado de no rayas la superficie de las mismas. Se engrasará los bornes de las baterías para evitar corrosión y deterioro. Se realizará limpieza del inversor/controlador teniendo sumo cuidado de no desconectar ningún conductor ni modificar nada de la instalación realizada. 8. Recomendaciones No conecte al sistema fotovoltaico equipos de gran potencia que no hayan sido considerados en el diseño, sin consultar a los especialistas, ya que una sobrecarga por consumo excesivo puede provocar un mal funcionamiento. No conecte equipos de potencia superior a la del inversor CC/CA, pues esta sobrecarga puede dañarlo, sobre todo cuando los inversores no son de calidad Recuerde que todos los aparatos con motor, tienen, como mínimo, una potencia de arranque 3 veces superior a la potencia del aparato. Hay que tenerlo en cuenta para saber si nuestro inversor lo aceptará. No se deben hacer modificaciones en la instalación, dado que la instalación ha sido dimensionada específicamente para el uso que se estableció en un principio. 22 No utilizar lámparas incandescentes. Es recomendable la utilización de lámparas led o en su defecto de bajo consumo. No es conveniente utilizar aparatos con resistencias eléctricas tipo: braseros, radiadores, calefactores, termos eléctricos, etc. Su consumo es excesivo. Será más adecuado utilizar otra fuente de energía para calentar. Recuerde siempre que, en los sistemas de energía solar fotovoltaica, como la energía es limitada, se hace mucho más necesario. Por tanto, no mantenga luces o equipos encendidos innecesariamente. Comprobar semanalmente los indicadores del regulador de carga, que señalan su estado de funcionamiento, y verificar que tiene una producción regular. Bajo ningún concepto se deberá tapar la salida de aire del inversor, ya que de ser así se impide la refrigeración de éste y podría desembocar en un mal funcionamiento. Si el inversor se protege, ya sea por sobretensión o bien por sobreintensidad, y se apaga cuando lo sometemos a una carga superior a la que admite. No debemos reiniciarlo, después de unos minutos el inversor se rearmará automáticamente. Comunicar urgentemente cualquier avería al servicio técnico. Revisar que la aparición de nuevas sombras (vegetación, nuevas construcciones) puedan disminuir la capacidad de producción eléctrica de la instalación. Procurar reducir los consumos eléctricos del emplazamiento para no someter a sobreesfuerzos a la batería, prolongando de este modo su vida útil. 23