Memoria de cálculo. Sistema Solar Fotovoltaico 12.65 kWp. Proyecto Gasolinera Matlazincas ELABORÓ: ING. FERNANDO COSME CORTES CED. PROF. 1051059 0. INTRODUCCIÓN El documento presenta la descripción técnica del proyecto “Sistema Solar Fotovoltaico 12.65 kWp”. Se muestran los cálculos del proyecto, cantidad y características de los de módulos fotovoltaicos e inversores instalados, SIMULACION. 1 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1. INFORME TÉCNICO El sistema fotovoltaico de 12.65 kW de Potencia pico, se ubica en Calle Paseo Matlatzincas 666, La Teresona, 52050 Toluca de Lerdo, Méx. Se conectará a la red de distribución eléctrica en baja tensión a 220 Vca. El circuito de distribución tiene una capacidad de integración disponible de 5,367 KW para poder instalar paneles solares. Datos obtenidos de: http://app.distribucion.cfe.mx/Aplicaciones/GeneracionDistribuida/GeneracionDistribuida 2 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1.1. DA TOS DEL PROYECTO Los datos del proyecto, el sitio de instalación y el punto de suministro de electricidad requerido se informan a continuación. Cliente Empresa Gasolinera Jolmer Matlazincas Dirección Calle Paseo Matlatzincas 666, La Teresona, 52050 Toluca de Lerdo, Méx. Estado de México. Ciudad Sitio de instalación Latitud 19.291013547602365 Longitud -99.67699839754921 Altitud 2,633 m.s.n.m Temperatura máxima 32 ºC Temperatura mínima 4 ºC Irradiación global en un plano horizontal Datos de irradiación 5.46 kWh / m² NASA POWER Punto de conexión Voltaje 220 VAC Sistema Trifásico Numero de hilos 3 fases, 4 hilos. Transformador 45 kVA 3 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1.2. Descripción del Sistema. El sistema fotovoltaico con potencia de 12.65 kW pico se conectará a la red de distribución eléctrica en 220 V en líneas de baja tensión Las características del sistema se resumen a continuación; 23 módulos Jinko Solar de 550 Wp. o 10° de inclinación. o Montados sobre loza. Inversor Fronius Symo de 12 KW, 220 Vca. Conexión a la planta en 220 Vac. Sistema de Monitoreo Fronius Solar Web. Protecciones y gabinetes de DC y CA. - De DC. o 2 Interruptores Termomagnéticos marca Suntree de 20 A(C20), 600 V de DC con gabinete para exterior. - De CA. 1 interruptor Termomagnéticos marca Square D, 50 A, 220 Vca. con gabinete para exterior Conductores CA, Condumex, THHW calibre 6 AWG. Conductores DC, Viakon Fotovoltaico, calibre 10 AWG Sujeciones de aluminio con herrajes de acero Inoxidable. Canalización con Tubería Conduit Pared Gruesa Cedula 40 de 1”. Estructura fotovoltaica con certificación UL US1-1117, US-0318, US1-1116 Señalizado de todas las canalizaciones y partes del sistema *Todos los trabajos materiales y señalizaciones se realizaron bajo los lineamientos de la NOM 001 SEDE 2012. . 4 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1.3. LISTA DE MATERIAL A continuación, se describe la lista de materiales utilizados en la instalación del Sistema Solar Fotovoltaico (SSFV) en Gasolinera Jolmer Matlazincas: DESCRIPCION DE PRODUCTO NUMERO DE ELEMENTOS MODULO FOTOVOLTAICO Jinko SOLAR DE 550 WP 23 PIEZAS ESTRUCTURA DE ALUMINIO ANODIZADO Y TORNILLERIA DE ACERO INOXIDABLE, MARCA EVEREST PARA MODULO FOTOVOLTAICO JINKO SOLAR DE 550 WP 23 PIEZAS Inversor Central Fronius Symo de 12 KW 1 PIEZA PASTILLA TERMOMAGNETICA PARA CORRIENTE DIRECTA SUNTREE C20M 20A 2 PIEZAS PASTILLA TERMOMAGNETICA PARA CORRIENTE ALTERNA SQD-QO2 50A 1 PIEZA CAJA PARA EXTERIOR 2 PIEZAS CABLEADO DC VIAKON 10 AWG XLPE (ROJO Y NEGRO) 150 m CABLEADO AC CONDUMEX VINANEL 6 AWG THHW 30 m TUBERIA CONDUIT PARED GRUESA CEDULA 40 DE 1” 60 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1.4. Generador fotovoltaico EL módulo fotovoltaico utilizado es Jinko Solar: Jinko Solar, calidad fotovoltaica en cada una de las fases de producción. Jinko Solar realiza un estricto control de calidad en cada una de las 16 etapas de la cadena de producción. La línea de montaje de paneles solares de Jinko es automática y la tecnología Berger de comprobación electrónica de módulos y células permite al fabricante ofrecer una serie de productos fotovoltaicos de excelente calidad: módulos, células y obleas. Garantía 25 años en generación y 10 años en todas sus partes. Top 10 de Tier 1 por Bloomberg New Energy Finance. El arreglo del generado consistirá: 23 módulos fotovoltaicos de 550 Wp para un total de 12.65 kWp conectados en series para la conexión de las cadenas necesarias en los diferentes bloques eléctricos. A continuación, se presentan las características del generador fotovoltaico. Datos de construcción de los módulos Fabricante Modelo Tecnología Potencia nominal Tolerancia Jinko Solar JKM550M-7TL4VMonocristalino 550 W +3 % Voltaje de circuito abierto (Voc) 49.62 V Voltaje a la máxima potencia (Vmpp) 40.90 V Corriente de cortocircuito (Isc) 14.03 A Corriente a potencia máxima (Impp) 13.45 A Área 2.52 m² Eficiencia célula 21.33% Certificaciones: ▪ ▪ ▪ ▪ IEC 61215. IEC 61730: 2005 & 2016: VDE. CE. UL 1703: CSA 6 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. Características Eléctricas y mecánicas. 7 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. o Cálculo de Módulos Fotovoltaicos por Inversor. Nota: los siguientes datos presentados son tomados de ficha técnica de fabricantes. 1. INVERSOR 1. El inversor Fronius Symo de 12 KW cuenta con 2 MPPTs Los siguientes cálculos realizados son por los mppt del inversor. Datos: Características eléctricas MFV Jinko Solar 550 Wp 𝐕𝐨𝐥𝐭𝐚𝐣𝐞 𝐝𝐞 𝐜𝐢𝐫𝐜𝐮𝐢𝐭𝐨 𝐚𝐛𝐢𝐞𝐫𝐭𝐨(𝐕𝒐𝒄 ) = 𝟒𝟗. 𝟔𝟐 𝐕 Características del inversor Fronius Symo de 12 KW Tensión màxima: 1,000 Vdc 𝐂𝐨𝐫𝐫𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐨𝐜𝐢𝐫𝐜𝐮𝐢𝐭𝐨 (𝐈𝒔𝒄 ) = 𝟏𝟒. 𝟎𝟑 𝐀 Corriente màxima: 25 A mppt1 / 16.5 A mppt1 Paso 1. Se calcula la cantidad de paneles en serie que admite cada inversor por mppt. Considerando la corrección de temperatura en el módulo se presenta la simulación del comportamiento en el punto de instalación respecto a la temperatura mínima esperada de acuerdo a la información dada por el sitio web INEGI (http://cuentame.inegi.org.mx/monografias/informacion/pue/territorio/clima.aspx ?tema=me&e=21) FUENTE: HELIOSCOPE SPEC SHEET CHARACTERIZATION (PAN) El panel Jinko JKM550M-7TL4-V a una temperatura de 6 °C y una irradiancia 1,000W respecto a un metro cuadrado estaría dando una medición de 52.3 Voc # 𝑀𝐹𝑉 = 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 𝑀𝐹𝑉 8 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. #𝑀𝐹𝑉 = 1,000 𝑉 = 19.12 ≈ 19 𝑀𝐹𝑉 52.30 𝑉 ∴ 𝑺𝒆 𝒑𝒖𝒆𝒅𝒆𝒏 𝒄𝒐𝒏𝒆𝒄𝒕𝒂𝒓 𝒉𝒂𝒔𝒕𝒂 𝟏𝟗 𝑴𝑭𝑽 𝒆𝒏 𝒔𝒆𝒓𝒊𝒆, 𝒅𝒆 𝒂𝒄𝒖𝒆𝒓𝒅𝒐 𝒂𝒍 𝒗𝒐𝒍𝒕𝒂𝒋𝒆 𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒐 𝒅𝒆 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 Nota: En este caso se conectarán series de 12 y 11 MFV. Paso 2. Se calcula la corriente de cortocircuito que circulara por cada mppt. Al ser circuitos conectados en serie, la 𝐂𝐨𝐫𝐫𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐨𝐜𝐢𝐫𝐜𝐮𝐢𝐭𝐨 (𝐈𝒔𝒄 ) de cada cadena es de 14.03 A. 𝐂𝐨𝐫𝐫𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐨𝐜𝐢𝐫𝐜𝐮𝐢𝐭𝐨 (𝐈𝒔𝒄 ) 𝐌𝐅𝐕 = 𝟏𝟒. 𝟎𝟑 𝐀 A continuación, se calcula los voltajes y corrientes por cada mppt de cada inversor: Inversor 1, MPPT1 al MPPT2 Paso 1. Calculando voltaje de circuito abierto (MPPT1). Cadena de 12 paneles en serie. Voltaje de circuito abierto(𝐕𝒐𝒄 ) x cadena de 12 MFV = Vco X Cantidad de MFV 𝑉𝑐𝑜 = (49.62 V)𝑋(12 𝑀𝐹𝑉) 𝑽𝒄𝒐 = 𝟓𝟗𝟓. 𝟒𝟒 𝑽 Calculando voltaje de circuito abierto (MPPT2). Cadenas de 11 paneles en serie. Voltaje de circuito abierto(𝐕𝒐𝒄 ) x cadena de 11 MFV = Vco X Cantidad de MFV 𝑉𝑐𝑜 = (49.62 V)𝑋(11 𝑀𝐹𝑉) 𝑽𝒄𝒐 = 𝟓𝟒𝟓. 𝟖𝟐 𝑽 Paso 2. Calculando Corriente de cortocircuito. 1. Al ser circuitos conectados en serie, la 𝐂𝐨𝐫𝐫𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐨𝐜𝐢𝐫𝐜𝐮𝐢𝐭𝐨 (𝐈𝒔𝒄 ) del arreglo MPPT1 al MPPT2 es de: 𝐂𝐨𝐫𝐫𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐨𝐜𝐢𝐫𝐜𝐮𝐢𝐭𝐨 (𝐈𝒔𝒄 ) 𝐌𝐅𝐕 = 𝟏𝟒. 𝟎𝟑 𝐀 A continuación, se muestra la configuración de cadenas por mppt deL Inversor Central: # INVERSOR # MPPT INVERSOR 1 MPPT1 MPPT2 STRING STRING 1 STRING 2 N° de módulos 12 11 Voltaje de Corriente de Circuito Cortocircuito Abierto Voc Isc 595.44 V 545.82 V 14.03 A Potencia kWp por inversor 12.65 De este modo se cumple la condición del inversor en distribución de corriente por mppt y condición de voltaje por mppt. 9 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1.5. Inversor Los Inversores utilizados serán Fronius: Es líder a nivel mundial en la producción de inversores para sistemas, comerciales e industriales. Fronius con sede central en Austria ha estado comprometido con la electrónica solar desde 1992, particularmente con el desarrollo y la producción de inversores fotovoltaicos. Fronius ha llegado a ser uno de los líderes mundiales de producción y continúa defendiendo su posición a través del desarrollo de productos innovadores. Destacar − Canal MPPT independiente doble. − Gabinete tipo 4X para exteriores para uso sin restricciones bajo cualesquiera condiciones ambientales. − Protección Contra falla de ARCO. − Certificación UL1741. − Garantía de 10 años. El grupo de conversión del sistema fotovoltaico consistirá en: 1 INVERSOR FRONIUS SYMO DE 12 KW. Las principales características técnicas del inversor se resumen a continuación. Detalles constructivos del inversor 15 KW. Fabricante Modelo FRONIUS SYMO 12.0-3 208 Potencia nominal Salida CA 12 kW Poder máximo 12 Kw Eficacia máxima 97.3% Tensión máxima de PV Voltaje mínimo MPPT Tensión máxima MPPT Corriente máxima de entrada(MPPT1+MPPT2) Número de MPPT Tensión de salida de CA Salida Transformador de aislamiento Frecuencia 1,000 V 300 V 1,000 V 41.5 A 2 220 V Senoidal automático NA 60 Hz 9 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. Datos generales. Datos Generales FRONIUS SYMO 12 KW Dimensiones (largo x ancho x alto) 72.5 cm x 51.0 cm x 22.5 cm Peso Rango de temperatura de funcionamiento Consumo Interno de noche 35.8 kg -25°C…..+ 60 °C 5W Protecciones Internas. ▪ Desconectador de DC. ▪ Protección contra falla de arco DC AFCI. ▪ Protección Antiisla. ▪ Protección contra sobrevoltaje. ▪ Protección contra polaridad inversa Certificaciones: ▪ ▪ ▪ ▪ ISO 9001 TUV Rheinland(certificación alemana). UL1741, Rule 21, HECO tester per UL 1741 SA, UL1699B, IEEE1547, IEEE1547.1, CSA C22.2 107.1-01-2001, FCC Part 15 Sub-part B Class B Limits Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1 0 HELIOSCOPE SIMULACION DE ENERGIA CON HELIOSCOPE 13 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1.6. ESTRUCTURA EVEREST. Everest Solar representa uniones seguras, la más alta calidad y componentes de precisión y personalizados. Con una filosofía de constante innovación y de entrega de soluciones de valor agregado al cliente, Everest Solar Systems es el líder de ingeniería para todas sus necesidades de montaje. Somos la división mexicana de K2 Systems, uno de los referentes del mercado europeo con más de 8 GW instalados. Todas estas medidas garantizan los estándares de calidad sobresalientes. Nuestros clientes pueden confiar en nuestra alta calidad y apreciar el hecho de que ofrecemos una garantía de producto de 25 años en todos nuestros componentes. MATERIAL: Aluminio de grado marino, resistente a la corrosión, y fijaciones de acero inoxidable. Un solo tipo de riel para todo el sistema, incluyendo los tirantes. Unión integrada aprobada por UL 2703; permite una terminal WEEB Lug 10.3 por cada fila de módulos. 14 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1.7. CAB LEA DO ELÉCTRICO. El dimensionamiento de los cables eléctricos implica los siguientes cálculos: ▪ I. Cálculo de la caída de tensión Conocido la longitud de la tubería, el tipo de cable y la corriente máxima en él, el cálculo del porcentaje de caída de tensión para un cable en corriente continua se obtuvo con la relación: R L V% 2 I nom 1000 Vnom Formula 1a. dónde: L=es la longitud de la tubería en metros Inom=es la corriente en el cable @STC Vnom=es el voltaje en el cable @STC R=es la resistencia por km de cable a una temperatura de 90 ° C 1.5.1. Cableado de DC. La trayectoria del cableado de DC va desde los Módulos Fotovoltaicos hasta el inversor. Tipo de cable a utilizar: VIAKON, CABLE DE COBRE, FOTOVOLTAICO PV, XLPE, 2000V, 90°C. Características. Cable diseñado para conexión de sistemas fotovoltaicos. Rango de trabajo de temperatura -40 ° a 90° Rango de trabajo de voltaje 1V a 2,000V Tensión máxima de operación: 1,000 V Certificaciones: ▪ ▪ UL 4703 UL44 16 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. A continuación, se expresan las caídas de tensión en los conductores DC, utilizando la formula 1ª. INVERSOR 1 FRONIUS SYMO 12 KW Isc Voc LONG. A V m MPPT STRING Impp A 1 1 13.45 14.03 595.44 2 2 13.45 14.03 545.82 TIPO DE CABLE SECCIÓN AWG CDT % 36 VIAKON CU PV Wire XLP 2000V 10 AWG 0.42% 8 VIAKON CU PV Wire XLP 2000V 10 AWG 0.10% Nota: El porcentaje de caída de tensión en corriente directa, es menor al 3% en cada uno de los strings que llegan a los inversores. Por lo tanto, se cumple con la normativa. II. Cálculo por Ampacidad. Para DC: Calculo: Paso 1. Para el cálculo de la corriente compensada se toma en cuenta La corriente máxima que circula por el conductor y debe ser multiplicada por 1.25 I compensada = (1.25)x isc Corriente Máxima en el conductor Corriente Compensada al 125% para cadena 13.45 A 16.81 A La sección de cable que cumple dicha condición es de 10 AWG (40 Amperes a 60°C) 1.5.2. Cableado de CA. Tipo de cable a utilizar: CONDUMEX VINANEL THW-LS,90 °C 600V Características. Cable de cobre suave, con aislamiento termoplástico de policloruro de vinilo (PVC). 17 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. Tensión máxima de operación: 600 V. No propagación del incendio, baja emisión de humos y bajo contenido de gas ácido. 90°C En ambiente seco, húmedo o mojado 105°C Sobre carga. 150°C En corto circuito. Certificaciones: ▪ ANCE. Especificaciones: ▪ ▪ ▪ NOM-001-SEDE Instalaciones eléctricas (utilización). NOM-063-SCFI Productos eléctricos- conductores - requisitos de seguridad. NMX-J-010-ANCE Conductores con aislamiento termoplástico a base de policloruro de vinilo, para instalaciones hasta 600V. A continuación, se expresan las caídas de tensión en los conductores de CA. Se utilizo la formula 1ª, para los resultados mostrados. ▪ II. Cálculo por Ampacidad. Para CA: INVERSOR 1 . Para el cálculo de la corriente compensada se toma en cuenta La corriente máxima que circula por el conductor y debe ser multiplicada por 1.25 Corriente Máxima en el conductor Corriente Compensada al 125% por la NOM 33.30 A 41.62 A La sección de cable que cumple dicha condición es de 6 AWG (55 Amperes a 60°C) Inversor #1 Descripción FRONIUS SYMO DE 12 KW Conexión a inversor a centro de carga general FV de CA Corriente Máxima de Operación 33.30 A INVERSOR 1 LONG del conductor por polo 15 m TIPO DE CABLE SECCIÓN AWG CDT % VINANEL THW-LS,90 °C 600V 6 0.12% 18 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. De acuerdo a la ampacidad y caída de tensión se usará cable calibre 6 AWG para el inversor 1,2,3,4,5 y 6 para el cableado de la salida del inversor al gabinete principal del SFV. 1.8. SELECCIÓN DE DESCONECTADORES E ITM. Para DC: Dimensionamiento de protecciones: Protección ITM por cadena = Corriente máxima en el conductor x 1.25 Cadenas Corriente Máxima en el conductor Corriente Compensada al 125% por la NOM 13.45 A 16.81 A Nota: Se utilizaron seccionadores de 20 Amperes Para CA: Dimensionamiento de protecciones: INVERSOR 1. Protección ITM CA = Corriente máxima en el conductor x 1.25 Protección ITM = 33.3A X 1.25 Protección ITM = 41.62 A, se elige el inmediato superior de 50 A Nota: Se utilizó 1 Interruptor termomagnético 3x50 A, 220 Vca. 19 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1.9. MEMORIA FOTOGRÁFICA. 20 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 23 paneles solares Jinko Solar de 550 Wp 21 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. Estructura EVEREST 22 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. Inversor FRONIUS DE 12 KW GABIENETE EXTERIOR CON PROTECCIONES DE CORRIENTE DIRECTA 23 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. INTERRUPTOR PRINCIPAL SISTEMA SOLAR PARA EXTERIOR 24 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. 1.10. C ONC L USI ONES . Se demostró la viabilidad técnica del proyecto solar fotovoltaico. Comprobando los siguientes puntos: - Cantidad d e m ó d u l o s F o t o v o l t a i c o s p o r i n v e r s o r : Adecuado p a r a u n funcionamiento óptimo. Calibre de cable Fotovoltaico de y Corriente Alterna: Adecuado en ampacidad y caída de tensión. Protecciones de CD y CA: Adecuado. 25 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México. FICHAS TECNICAS FICHAS TÉCNICAS. 26 Oso 127, Int. 104, Delegación Benito Juárez, Ciudad de México.