Expositor: Ing. Mario Rodríguez C. [email protected] Teléfono: (+591) 63524801 - Bolivia ¿Cómo se produce la electricidad que llega a nuestra casa? ¿ Energías Primarias y Secundarias En primer lugar, hay que apuntar que la electricidad se clasifica como una energía secundaria, ya que hay que producirla. La energías primarias son las que se encuentran en la naturaleza, los recursos naturales sin modificar, por ejemplo la energía solar, la eólica, la geotérmica, etc. Y las energías secundarias son las que requieren un proceso de transformación. Para obtener electricidad, hay que transformar alguna de las energías primarias. Así pues, para comenzar hay que decidir cual es la energía primaria que se va a someter a este proceso de transformación, para generar electricidad. Una vez obtenida la energía secundaria, lo siguiente será ajustar la potencia y transportarla a las viviendas donde se va a consumir. e produce la electricidad que llega a nuestra casa? La energía eléctrica La energía eléctrica que se utiliza está sujeta a distintos procesos de generación, transformación, transmisión y distribución, ya que no es lo mismo generar electricidad mediante combustibles fósiles que con energía solar o nuclear. Tampoco es lo mismo transmitir la electricidad generada por pequeños sistemas eólicos y/o fotovoltaicos que la producida en las grandes hidroeléctricas, que debe ser llevada a cientos de kilómetros de distancia y a muy altos voltajes. Pero ¿Qué es la electricidad? Toda la materia está compuesta por átomos y éstos por partículas más pequeñas, una de las cuales es el electrón. El núcleo del átomo está integrado por neutrones y protones. Los electrones tienen una carga negativa, los protones una carga positiva y los neutrones, como su nombre lo indica, son neutros: carecen de carga positiva o negativa. Cuando estos electrones se mueven entre los átomos de la materia, se crea una corriente de electricidad. Es lo que sucede en los cables que llevan la electricidad a su hogar: a través de ellos van pasando los electrones, y lo hacen casi a la velocidad de la luz. La electricidad La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos originado por cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. La electricidad Si frota en su ropa un globo inflado (de preferencia un suéter de lana) o en su propio cabello, puede poner el globo contra la pared y ahí permanecerá. ¿Por qué? Cuando es frotado, el globo toma electrones del suéter o del cabello y adquiere una ligera carga negativa, la cual es atraída por la carga positiva de la pared. Ahora, de la manera indicada, frote usted dos globos inflados, a cada uno de ellos áteles un hilo y trate de que se acerquen uno al otro. ¿Qué ocurre? Los globos evitan tocarse entre sí. ¿Por qué? La explicación es que ambos tienen cargas negativas y éstas se repelen. Las cargas positivas se repelen y las cargas negativas también. En cambio, las cargas diferentes se atraen. Esto mismo ocurre con los polos de cualquier imán: el “norte” tiende a unirse con el “sur”, pero los polos iguales siempre se repelen entre sí. La electricidad Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar electrones, de esa manera se produce la electricidad. La electricidad El principio básico: La materia se puede convertir en energía, lo único que se logra en ese caso es liberar la energía contenida en los enlaces del átomo y no propiamente que la materia se convierta en energía, de ahí que se dice que la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. Por ejemplo, el calor, que es una de las formas de la energía, se puede convertir en movimiento, éste en electricidad y, a su vez, ésta en calor o movimiento (ej., Generador-Dinamo, Turbinas). Calor (Energía térmica) Es la principal forma de energía, se puede decir que casi toda la energía del planeta tiene su fuente original en el calor del Sol Energía Química Constituye uno de los campos de investigación que más prometen para el futuro de la ciencia y la tecnología, cuando los materiales químicos que están en el interior de un recipiente como una batería por ejemplo reaccionan unos con otros, se produce una carga eléctrica. Esta carga se convierte en energía eléctrica cuando la batería es conectada a un circuito, no solo hablamos del componente plomo-acido o litio, sino a las nuevas formas de almacenar la electricidad como las celdas de hidrogeno no contaminantes. Sistemas de transmisión eléctrica Uno de los grandes problemas de la electricidad es que no puede almacenarse, sino que debe ser transmitida y utilizada en el momento mismo que se genera. Este problema no queda resuelto con el uso de acumuladores o baterías, como las que utilizan los autos y los sistemas fotovoltaicos, pues sólo son capaces de conservar cantidades pequeñas de energía y por muy poco tiempo. Conservar la electricidad que producen las grandes plantas hidroeléctricas y termoeléctricas es un reto para la ciencia y la tecnología. En algunos lugares, se aprovechan los excedentes de energía eléctrica o la energía solar para bombear agua a depósitos o presas situados a cierta altura; el agua después se utiliza para mover turbinas y generadores, como se hace en las plantas hidroeléctricas Transporte de la energía eléctrica Cuando la electricidad se ha producido, sea cual sea la fuente de origen, el paso siguiente es el transporte. ¿Cómo se hace? Pues eso se consigue transformando la energía para dotarla de una mayor tensión y así evitar que se pierda la menor cantidad posible de energía. Este proceso se realiza en los centros de transformación que elevan el voltaje a miles de voltios para que no se pierda en el recorrido. Cuando se ha conseguido la potencia adecuada para su transporte, toda esa electricidad se conducirá hasta los distintos centros de distribución. Desde allí se repartirá a los distintos puntos de consumo bajando nuevamente al voltaje operativo de nuestros equipos electricos. Las distribuidoras eléctricas disponen de la infraestructura necesaria para transportar y dispensar la energía desde los centros hasta los hogares. Además, se encargan de mantener en buenas condiciones toda la red empleada para el transporte. Conductividad de materiales Es conveniente saber que la electricidad fluye mejor en algunos materiales que en otros al igual que sucede con el calor, pues en ambos casos hay buenos o malos conductores de la energía. Por ejemplo, la resistencia que un cable ofrece al paso de la corriente eléctrica depende y se mide por el grosor, longitud y el metal del que está hecho. A menor resistencia del cable, mejor será la conducción de la electricidad en el mismo. El oro, la plata, el cobre y el aluminio son excelentes conductores de electricidad. Los dos primeros resultarían demasiado caros para ser utilizados en los millones de kilómetros de líneas eléctricas que existen en el planeta; de ahí que el aluminio y el cobre sea utilizado más que cualquier otro metal en las instalaciones eléctricas. Generación de la Electricidad Estas pueden ser recursos renovables como el viento, el sol o el agua, o no renovables como el gas, el petróleo o el carbón. Dependiendo del tipo de recurso, la forma de producción se realiza de maneras distintas. •Recursos renovables. La energía eléctrica se genera utilizando recursos naturales no contaminantes e inagotables, Aquí encontramos la energía solar fotovoltaica y solar térmica, la eólica, hidráulica y biomasa entre otras. •Recursos no renovables. Son limitados y contaminantes y los más comunes en la industria energética actual. Se dividen por una parte en energía nuclear (Fisión nuclear en reactores), y por otra en combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas para mover turbinas). Terminologías •Voltaje (V) o Diferencia de Potencial: Representa la “fuerza que tiene la energía eléctrica” entre los polos positivo y negativo. Es similar a la que existe entre los polos de los imanes, en los que las fuerzas de atracción y repulsión son invisibles pero están presentes. La fuerza representada por el voltaje impulsa la electricidad por los conductores y componentes electrónicos de un circuito, haciéndolo funcionar. Se mide en Voltios. •Intensidad (I) o Corriente: Representa el flujo de energía eléctrica durante un determinado período de tiempo, es decir, la “velocidad con que circula la energía eléctrica”. En un circuito electrónico esta velocidad es variable, ya que para funcionar necesita que por algunos de sus componentes la energía circule con más rapidez que por otros. Se mide en Amperios. •Resistencia: (Ω) Ohmios: Representa la “oposición al paso de la energía eléctrica”. Sirve para regular la corriente y el voltaje según lo requiera cada componente de un circuito electrónico. Libera la energía sobrante en forma de calor y se mide en Ohmios Terminologías Una forma más completa de expresar la Ley de Ohm es incluyendo la fórmula de potencia eléctrica. Si se utiliza la conocida fórmula de potencia (con unidad de watts o vatios): P = V x I, (potencia = voltaje x corriente) y sus variantes: V = P/I e I = P/V, se obtienen ecuaciones adicionales. Las nuevas ecuaciones permiten obtener los valores de potencia, voltaje, corriente y resistencia, con solo dos de las cuatro variables. Solo es necesario escoger una de las cuatro incógnitas que aparecen en el círculo central y se observan 3 diferentes fórmulas que permiten obtenerla. Terminologías Se lo puede ejemplificar, el Voltaje (V) vendría representado por la diferencia de Altura del agua. La Resistencia (R) por el Ancho del tubo La Corriente (I) por el Caudal del agua que sale. Terminologías CIRCUITO SERIE CIRCUITO PARALELO Terminologías CORRIENTE ALTERNA CORRIENTE CONTINUA Terminologías Baja Tensión (BT): 110V, 220V, 380V, 400V, 600V Media Tensión (MT): 3KV, 6KV, 6.6KV, 6.9KV, 10KV, 15KV, 20KV, 24KV Alta Tensión (AT): 30KV, 45KV, 66KV, 69KV Muy Alta Tensión (MAT): 110KV, 220KV, 4000KV VMAX: Voltaje Máximo Vef: Voltaje Eficaz T: Periodo t: Tiempo Frecuencia: f = 1 / T 50 Hz o 60Hz Energías renovables – Radiación solar EL SOL El sol es una estrella que representa el 98.6% de la masa del Sistema Solar. Es la principal fuente de energía que sustenta a casi todas las formas de vida en nuestro planeta, a través de la fotosíntesis. La energía emitida por el sol llega a la tierra en forma de radiación electromagnética. Energías renovables – Radiación solar RADIACIÓN SOLAR • RADIACIÓN ULTRAVIOLETA • LUZ VISIBLE • RADIACIÓN INFRARROJO La magnitud de la radiación solar se llama: IRRADIANCIA Se mide en Vatios / Metro. (W/m ) La constante solar es: 1393 W/m2 (Según la NASA) Los paneles solares son probados a 1000 W/m2 (Estándar) Energías renovables – Radiación solar • Las radiaciones electromagnéticas que entran a la superficie terrestre son 3, y tienen diferentes magnitudes de onda: • Radiación ultravioleta (UV) • Radiación infrarroja (IR) • Luz visible (LV) • La radiación ultravioleta es la que principalmente trae la energía que requieren los paneles solares para su funcionamiento, pero sólo llega en promedio 4 a 6 horas al día, dependiendo del lugar. Energías renovables – Radiación solar La Radiación Solar se expresa comúnmente de dos maneras: • Irradiancia: Irradiancia = 𝐾= Potencia Incidente Área de Superficie 𝑃 𝑊 𝑆 𝑚 • Exposición Radiante: Exposición Radiante = 𝐽= Energía Incidente Área de Superficie 𝐸 𝑊ℎ 𝑆 𝑚 Los paneles solares son probados a 1000 W/m2 (Estándar) Energías renovables – Radiación solar Energías renovables – Radiación solar Energías renovables – Radiación solar Radiación Solar Anual en el Altiplánico 8.0 Radiación Solar KWh/m2-día 7.0 6.0 5.0 Horas de Sol Pico del Mes Promedio: t = 5,8 [h] 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Energías renovables – Radiación solar 1400 Radiación Solar Diaria en Bolivia Mes de Octubre Irradiancia KW/m2 1200 1000 800 600 400 200 0 06:00 07:00 08:00 Altiplano 0 16 112 Valles 0 14 95 Llanos 0 12 84 09:00 448 380 336 10:00 952 806 714 11:00 1176 996 882 12:00 1232 1044 924 13:00 1176 996 882 14:00 952 806 714 15:00 16:00 17:00 18:00 448 112 16 0 380 95 14 0 336 84 12 0 Energías renovables – Radiación solar 1400 Radiación Solar Diaria en el Altiplano Mes de Octubre 1200 Irradiancia KW/m2 1000 800 600 7200 KWh/m2-día 400 200 0 Horas de Sol Pico 𝑡 = 7,2 ℎ 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 Altiplano 0 16 112 448 952 1176 1232 1176 952 448 112 16 0 Energías renovables – Geometría solar La radiación solar no es uniforme en la superficie terrestre durante el día: • Depende del lugar donde se encuentre en el planeta, es decir depende de la latitud y longitud. • Depende en la posición en la que se encuentre el planeta, debido al ángulo de inclinación que tiene con respecto a su eje. Energías renovables – Geometría solar Para el cálculo de la producción energética de una instalación fotovoltaica es fundamental conocer la irradiación solar en el plano correspondiente a la instalación y la trayectoria solar en el lugar en las diferentes épocas del año. La situación del sol en un lugar cualquiera viene determinada por la altura y el azimut del sol. Energías renovables – Geometría solar Azimut Paneles Solares: El azimut solar es el ángulo que forma la dirección sur con la proyección horizontal del sol, hacia el norte por el noreste o por el noroeste, considerando la orientación sur con ψ = 0º, y considerando los ángulos entre el sur y el noreste negativos y entre el sur y el noroeste positivos. Por ejemplo, la orientación Este se considera ψ = – 90º, mientras que para la orientación Oeste, ψ = 90º. Se define el azimut (para el sol, ψ, y para el captador, γ). La inclinación viene definida por el ángulo β (para el módulo) y por la altura solar a o su complementario θz, (ángulo cenital) para el sol. Energías renovables – Geometría solar La radiación solar en una superficie perpendicular a la dirección de propagación de la radiación solar es siempre mayor que si la misma superficie la colocamos en cualquier otra posición. Al variar el azimut y la altura solar a lo largo del día y del año, lógicamente el ángulo de incidencia de radiación óptimo no es siempre constante. La única situación donde eso ocurriría sería con un sistema que varíe la inclinación y orientación constantemente, como lo hace un seguidor solar. Para considerar si una determinada superficie ya existente (un tejado o techo de una vivienda) es apta para su uso solar, es necesario conocer la radiación solar incidente sobre dicha superficie. Energías renovables – Geometría solar Horas de sol pico (H.S.P.) Merece la pena hacer hincapié en este concepto relacionado con la radiación solar y que es de gran importancia a la hora de calcular la producción de un sistema fotovoltaico. Las “horas de sol pico” que pueden definirse como el número de horas al día con una hipotética Irradiancia de 1.000 W/m2 que en conjunto suman la misma irradiación total que la real de ese día. Una hora solar pico “H.S.P” equivale a 1Kwh/m2 o, Dicho en otras palabras, es un modo de contabilizar la energía recibida del sol agrupándola en paquetes, siendo cada “paquete” de 1 hora recibiendo 1000 watts/m2. Energías renovables – Geometría solar Irradiancia en superficies inclinadas: La radiación solar que llega a las placas solares colocadas perpendicularmente a la dirección de propagación de la radiación solar, será siempre mayor que si esa misma placa se coloca con un ángulo diferente a ese óptimo perpendicular a la radiación. Al variar el azimut y la altura solar a lo largo del día y del año, el ángulo de inclinación de placas solares óptimo en una superficie dada no es siempre constante, pues como decimos, varía a lo largo de cada hora del día y a lo largo de cada día del año. Lo vemos más claramente en la siguiente imagen donde se ha resaltado el ángulo de inclinación y el azimut: Energías renovables – Geometría solar Orientación de las placas solares: No solo la inclinación, sino la orientación de las placas solares, o dicho de otro modo, su desviación respecto al Sur (que se define cómo azimut) afectarán en mayor o menor medida a la generación de energía. Por tanto, la situación ideal sería sistemas con seguidores solares de uno o dos ejes, que, como su nombre ya indica, realizan un trabajo de seguimiento del punto óptimo de inclinación en cada momento. Sin embargo, debido a que los seguidores solares tienen un mantenimiento elevado, son muy caros, y que solamente son utilizados en grandes sistemas solares sobre suelo, lo más habitual en instalaciones fotovoltaicas de conexión a red o de autoconsumo fotovoltaico es utilizar estructura paneles solares de montaje fija, con un ángulo de inclinación fijo. Sistema Solar aislado (Off-Grid) Este tipo de instalación es ideal para zonas remotas, alejadas de la red urbana y con difícil acceso a la red eléctrica convencional, su configuración permite aprovechar la energía del Sol durante las horas del día y de la noche. Los sistemas Off-Grid captan la energía del Sol por medio de los paneles solares y la almacenan en baterías, esta energía almacenada será la que se utilizará en la noche o en los periodos de poca radiación solar. El inversor permite transformar la energía de las baterías a corriente alterna para así poder ser utilizada en los consumos de la vivienda. Sistema solar híbrido En este sistema se integra la energía solar con una fuente de energía adicional que puede ser la Red Eléctrica, un generador diésel o cualquier otra fuente de energía alternativa. Si la energía producida a través de los paneles cubre el consumo de los equipos o electrodomésticos, el inversor entrega esta energía y si hay excedente carga las baterías o bien entrega el excedente a la red eléctrica en países donde hay la regulación, por estas funciones también se conoce como inversor/cargador. Si el consumo es superior a la energía generada por los paneles solares, el inversor toma la energía faltante de la red eléctrica u otra fuente de energía disponible. Sistema Solar conectado a la red (On-Grid) Como su nombre lo indica, funciona conectado a la red eléctrica y no cuenta con baterías para almacenamiento de energía haciendo de esta una configuración de menor costo. El sistema On-Grid es ideal para zonas urbanas que consumen energía durante el día, principalmente zonas industriales y comerciales, sin embargo, también puede suplir la demanda de energía en zonas residenciales de alto consumo. Al aprovechar la energía del Sol en el día, permite reducir el consumo de la red a la que se encuentra conectado. Haciendo uso de esta última solo en horas de la noche. Los sistemas Off-Grid al ser autónomos, son ideales para zonas rurales con difícil acceso a la energía convencional o simplemente donde se requiere un sistema de energía sin dependencia de la red publica, sin embargo, pueden ser un poco más costosos debido a las baterías. El sistema híbrido será recomendado cuando se busque integrar varias fuentes de energía y se requiera un sistema más versátil en la forma como se administran los recursos energéticos, además de garantizar una mayor confiabilidad en la disponibilidad de la energía al consumidor. Los sistemas On-Grid, son recomendables para sitios donde el mayor consumo de energía es durante las horas del día, especialmente en comercios, oficinas o usuarios que quieren ahorrar en su factura por consumo eléctrico, dependiendo del país donde se tiene aprobado el balance neto se pueden usar también para vender energía a la red o ser descontada para cubrir el consumo nocturno. Módulos solares fotovoltaicos Las normas de calidad que cuentan las fábricas de los paneles solares: • • • • ISO 9001: Sistema de Gestión de Calidad. ISO 14001: Sistema de Gestión Ambiental. OHSAS 18001: Seguridad y Salud Laboral IEC 17025: Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración. Las normas de calidad que cuentan los paneles solares: • IEC 61215: Módulos fotovoltaicos (FV) de silicio cristalino para uso terrestre. Cualificación del diseño y homologación. • IEC 61730: Cualificación de la seguridad de los módulos fotovoltaicos (FV). • IEC 61000: Compatibilidad Electromagnética (EMC). • UL 1703: Módulos fotovoltaicos de placa plana Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos CELULA FOTOELÉCTRICA Esta compuesta principalmente de: - Silicio - Es el 2do. elemento más abundante en la corteza terrestre, después del Oxígeno. Representa el 28% de ésta. - No existe en estado libre, se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2). Tiene otros componentes en pequeñas cantidades, con el fin de elevar su rendimiento: - Fósforo - Arsénico - Antimonio - Boro Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos Coeficiente de temperatura: Valor (normalmente en %) que cuantifica el cambio (en potencia, bajada) de una característica eléctrica de la instalación con cada grado centígrado de diferencia entre los nominales 25°C de temperatura de célula. NOCT: Es la temperatura a la que operan las células en un módulo solar bajo condiciones de operación estándar (SOC). Estas condiciones son: la radiación de 0, 8 kW / m2, a 20 º C de temperatura ambiente y velocidad media del viento de 1 m/seg, con la célula o el módulo en un estado del circuito eléctrico abierto, el viento orientado en paralelo al plano de la matriz, y todas las partes de la matriz totalmente expuesta al viento. SOC: Es un conjunto de condiciones de referencia para la medición de un dispositivo fotovoltaico que consiste en la irradiación de 0, 8 kW/m 2, 20 º C de temperatura ambiente y velocidad media de 1 m/s, con el viento orientado en paralelo al plano de la matriz, y todas las partes de la matriz completamente expuestos al viento. Módulos solares fotovoltaicos AM 1.5 Masa de aire entre la atmósfera y la superficie Terrestre Masa de aire es una medida indicativa de espesor de la atmósfera que ha tenido que recorrer la radiación antes de llegar a la superficie terrestre. El acrónimo más utilizado para la masa de aire es AM por sus siglas en inglés (“Air Mass”). Esta distancia variará con la altura solar, de modo que cuando la altura solar sea 90º (incida totalmente vertical al lugar) tendremos AM = 1. Fuera de la atmósfera se tiene AM = 0. Al disminuir la altura solar aumentará el espesor de aire que tendrá que atravesar la radiación, disminuyendo la cantidad de energía que finalmente llega a la superficie de la Tierra. Módulos solares fotovoltaicos Curva: Potencia Vs Voltaje Ej. Panel de 100W. Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos DEGRADACIÓN EN EL TIEMPO Módulos solares fotovoltaicos RENDIMIENTO La eficiencia de una célula solar ( 𝜂 ), es el porcentaje de potencia convertida en energía eléctrica de la luz solar total absorbida por un panel, cuando una célula solar está conectada a un circuito eléctrico. Este término se calcula usando irradiación, bajo condiciones estándar (STC). 𝜂 = 𝑃 𝐾 𝐴 Donde: • 𝑃 : Potencia máxima • 𝐾 : Irradiancia nominal bajo condiciones estándar (STC) • 𝐴 : Área superficial de la célula solar Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos La composición de la celda: la clave de su éxito Habitualmente, una celda fotovoltaica dispone de las siguientes capas: •Capa emisora: Primera capa de silicio que capta la radiación solar. •Capa base: Capa intermedia, también de silicio, que se encuentra entre la emisora y la capa de aluminio. •Capa inferior de aluminio: La más «escondida» de la celda. Es la que capta la última parte de la radiación, que suele ser la luz infrarroja. A diferencia de estas, las nuevas celdas PERC disponen de una composición diferente que mejora su rendimiento. Sus capas son: •Capa emisora: Primera capa de silicio que capta la radiación. •Capa base: Intermedia, también de silicio, que se encuentra entre la emisora y la capa de aluminio. •Capa PERC dieléctrica pasiva (con contactos de metal y agujeros realizados a láser): No permiten que el excedente de radiación llegue hasta la capa de aluminio trasera. •Capa inferior de aluminio: Parte más profunda de la celda. Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos CONFIGURACIÓN DE LA CELDAS Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos Módulos solares fotovoltaicos Clasificación Rango de Potencia [W] Voltaje de Operación [V] Número de Celdas 6 (9V) 18 Pequeños De 5 a 30 Medianos De 10 a 200 12 (18 V) 36 Grandes De 200 a 300 20 (30V) 60 Muy grandes De 300 a 400 24 (37V) 72 Baterías Placas Planas 6 celdas de 2[V] Placas Tubulares 1 celda 2[V] Baterías Temperatura de Operación - VRLA AGM Baterías Temperatura de Operación - VRLA GEL Baterías Profundidad de Descarga VRLA GEL Baterías Profundidad de Descarga VRLA AGM Baterías Profundidad de Descarga VRLA GEL TUBULAR Baterías ALMACENAMIENTO Baterías Especificaciones de Baterías VRLA Gel - PP Baterías Especificaciones de Baterías VRLA Gel - Tubular Baterías Tablas de Descarga de 12-100G Descarga en Ah a 20ºC Descarga en A a 20ºC Descarga en WPC a 20ºC Baterías Curva Característica VRLA - GEL BATERIAS NIQUEL CADMIO BATERÍAS BAE (CURSO CON RUTH) https://www.youtube.com/watch?v=UqN1othX4aw HOJA DE DATOS TÉCNICOS DE BATERÍAS VICTRON https://www.victronenergy.com.es/upload/documents/Datash eet-GEL-and-AGM-Batteries-ES.pdf Reguladores de carga Reguladores de carga Un regulador de carga es un sistema de acondicionamiento de potencia que convierte una tensión y corriente directa en otra. En sistemas fotovoltaicos requerimos de un regulador principalmente para cargar baterías. De esta forma, el regulador utilizado para esta función tiene que ser capaz de definir la tensión y corriente de salida, de tal manera que las baterías se carguen de forma correcta [1]. Es por ello que a este tipo de reguladores se les conoce también como controladores de carga. Los controladores de carga, además de transformar los niveles de tensión y corriente, protegen a los sistemas de almacenamiento, tanto frente a las sobrecargas como a las sobre descargas. También protege a las baterías de la descarga a través del subsistema de captación, de la conexión con polaridad inversa y de cortocircuitos. Existen principalmente dos tipos de controladores de carga: PWM y MPPT Reguladores de carga •De modulación de anchura de pulsos (PWM) Este tipo de controlador se dedica básicamente a regular la tensión con la que se carga la batería. De esta forma, el punto de operación del panel o conjunto de paneles conectado a este tipo de controlador se ubicará en la tensión de carga de la batería. Es común que, cuando se utilicen este tipo de controladores de carga, el panel fotovoltaico no opere en su punto de máxima potencia. En este tipo de controlador de carga es fundamental dimensionar de forma adecuada el panel o conjunto de paneles que se conecten en su entrada para evitar demasiadas pérdidas en la captación de energía o en la carga de la batería. •De seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) En este tipo de controlador además de regular la tensión y corriente de salida, se regula también la tensión y corriente de entrada, de forma tal que el panel o conjunto de paneles fotovoltaicos entreguen la mayor cantidad de energía. En este caso, es tan sólo necesario que el panel o conjunto de paneles estén dentro del rango de tensión y corriente recomendado por el fabricante del controlador. Con este tipo de controladores se puede obtener alrededor de un 15% más de energía del panel o conjunto de paneles que con el controlador PWM. Reguladores de carga Reguladores de carga En la elección de los reguladores es preciso considerar los siguientes parámetros eléctricos: •Tensión de trabajo: Lo más habitual es que sean varias las opciones de tensión de trabajo para un mismo regulador, las tensiones más frecuentes son 12, 24 y 48 V, Su elección dependerá del diseñador y el valor que quiera asignar este a la instalación de tensión continua. •Intensidad máxima: Es la máxima que puede circular por el regulador. En la elección de uno, será preciso calcular previamente cuál puede ser su valor. Será la Isc procedente de los módulos, Sobredimensionar un poco el regulador no es una cuestión que afecte demasiado económicamente a la instalación, ya que no se trata de un dispositivo de un alto coste y, por tanto, no contribuye demasiado al precio final de una instalación aislada. Por ello, optimizar demasiado la elección de uno en función de su intensidad, no ofrece unas altas mejoras económicas y, en cambio, deja cerrada la posibilidad de ampliar la instalación en un futuro. En el caso de tener en el sistema una intensidad muy alta, bien del lado de la generación o de las cargas, es posible conectar varios reguladores idénticos en paralelo para admitir dicha intensidad de corriente. Reguladores de carga Funciones de Protección: - Contra Cortocircuito: En el Panel , Batería y Carga - Contra Sobrecarga - Contra Inversión de Polaridad: En el Panel , Batería y Carga Funciones de Control: - Desconexión cuando la batería esta cargada - Desconexión cuando la batería esta descargada Funciones de Regulación: - Regulación de voltaje del panel hacia la batería, según el tipo de batería Beneficios hacia la batería: - Protege la batería - Alarga la vida útil de la batería Reguladores de carga DIFERENCIA ENTRE TECNOLOGÍA PWM Y MPPT https://www.youtube.com/watch?v=1psxOo3fToQ Inversores Inversores Diseño, Calculo y Especificaciones Técnicas CRITERIO 1: • Las Horas de Sol Pico del MES PROMEDIO, se usa en Sistemas Fotovoltaicos donde la carga que funcionará NO representa un impacto en las actividades de los usuarios. • Las Horas de Sol Pico del MES CRITICO, se usa en Sistemas Fotovoltaicos donde la carga que funcionará SI representa un impacto en las actividades de los usuarios. Diseño, Calculo y Especificaciones Técnicas CRITERIO 2. Se puede dar los siguientes casos: • Solo existe carga en DC • Existen cargas de diferentes voltajes en DC • Existen cargas en DC y en AC • Solo existe carga en AC No olvide que: • A mayor voltaje, menor corriente que circula por los componentes. • Los controladores, conversores e inversores que tienen mayor potencia, tienen mayor voltaje en DC. • Eficiencia de la Batería 𝜂 : • Debido a las pérdidas en los conectores, placas y electrolito. • Se encuentra en la hoja técnica de la batería. • Según el tipo de tecnología, oscila entre 90% y 99%. Diseño, Calculo y Especificaciones Técnicas CRITERIO 3. • Un valor promedio confiable en las baterías de plomo-ácido 𝜂 = 95% • Eficiencia del Controlador 𝜼𝒄 : • Se encuentra en la hoja técnica de la batería. • Según el tipo de tecnología, oscila entre 95% y 99%. CRITERIO 4. • Nunca es bueno sobrecargar el controlador al 100% de su capacidad, la experiencia dice que un δ = 70% es un valor confiable. • Tomar en cuenta futura carga adicional. • Eficiencia del Inversor 𝛈𝐢 : • Se encuentra en la hoja técnica del inversor. • Mayor a 90%. Diseño, Calculo y Especificaciones Técnicas CRITERIO 5. • Un valor promedio confiable en el inversor es 𝜂 = 90%. • Eficiencia del Conversor 𝜼𝒗 : • Se encuentra en la hoja técnica del conversor. • Mayor a 90%. CRITERIO 6. • Un valor promedio confiable en el conversor es 𝜂 = 95%. • Eficiencia del Cableado del Sistema (𝜼): • Debido a las pérdidas en los conductores y en las conexiones • Según la norma NB1056, las pérdidas en los conductores del sistema, no debe exceder un 3%, Diseño, Calculo y Especificaciones Técnicas CRITERIO 7. • Factor de reposición por descarga profunda y autonomía • Este factor oscila entre 10% y 50% de potencia de paneles • Cuando un banco de baterías se descarga profundamente, los paneles solares deben tener una capacidad extra o potencia adicional, para reponer esta sobre descarga. • Depende mucho del usuario, para determinar este factor llamado: Factor de Reposición de carga de baterías de consumo diario 𝛿 , es decir cuán rápido uno desea que se recarga el banco de baterías al 100% después de una descarga profunda. Los días de autonomía 𝑑 , se refiere a los días que el arreglo solar no generará porque el cielo se encuentra nublado. Diseño, Calculo y Especificaciones Técnicas CRITERIO 8. Autonomía de reserva en el banco de baterías Este valor se determina de acuerdo: • A las condiciones atmosféricas del lugar donde se encuentre el Sistema Fotovoltaico. • Este valor puede oscilar entre 3 a 15 días, o a requerimiento del cliente. La profundidad máxima de descarga 𝜆 , se refiere a cuanto se descargará el banco de baterías en los 𝑑 días de autonomía. • Este valor se encuentra en tablas o en curvas en las hojas técnicas de baterías. Diseño, Calculo y Especificaciones Técnicas CRITERIO 9. Este valor depende estrictamente del tipo de batería: • Para baterías VLA de placas planas, se recomienda 𝜆 = 30%. • Para baterías VRLA Gel de placas planas, se recomienda 𝜆 = 50%. • Para baterías VRLA AGM de Ciclo Profundo de placas planas, se recomienda 𝜆 = 50%. • Para baterías VRLA Gel de placas tubulares (OPzV), se recomienda 𝜆 = 50%. • Para baterías VRLA AGM de placas tubulares (OPzV), se recomienda 𝜆 = 50%. Diseño, Calculo y Especificaciones Técnicas 1. Demanda de Energía diaria 2. Ángulo de inclinación (𝛼). 3. Horas de sol pico del Mes Promedio o Crítico 𝑡 . 4. Voltaje de operación 𝑉 . 5. Eficiencia de la batería 𝜂 . 6. Eficiencia del controlador 𝜂 . 7. Funcionamiento del controlador 𝜌 . 8. Eficiencia del inversor 𝜂 . 9. Eficiencia del conversor 𝜂 . 10. Eficiencia del cableado (𝜂). 11. Reposición de carga de baterías de consumo diario 𝛿 . 12. Días de autonomía 𝑑 . 13. Profundidad máxima de descarga 𝜆 . Diseño, Calculo y Especificaciones Técnicas Tabla de consumo en DC: Descripción de las cargas Cantidad Potencia [W] Tiempo de Funcionamiento Diario [Horas/día] Frecuencia de Funcionamiento Semanal [Días/Semana] Energía Demandada Semanal [Wh/Semana] Carga DC 1 Carga DC 2 Carga DC … TOTAL CORRIENTE CONTINUA EN VATIOS-HORA POR SEMANA (Wh/Semana): Tabla de consumo en AC: Descripción de las cargas Cantidad Factor de Tiempo de Eficiencia Potencia Funcionamiento del [W] Diario Inversor [Horas/día] Frecuencia de Funcionamiento Semanal [Días/Semana] Carga AC 1 Carga AC 2 Carga AC … TOTAL CORRIENTE ALTERNA EN VATIOS-HORA POR SEMANA (Wh/Semana): Energía Demandada Semanal [Wh/Semana] Diseño, Calculo y Especificaciones Técnicas DIMENSIONADO ON-GRID INSCRIBIRSE A CURSO DE SMA WEBINAR SUNNY DESIGN https://www.eventbrite.com/e/webinar-sunny-design-web-5conectado-a-la-red-tickets-115510859089#tickets CURSO SUNNY DESING SMA (MANUAL USO DEL SOFTWARE) https://www.youtube.com/watch?v=FFxF6we__Xw
