Cuautla, Morelos a 18 de septiembre de 2023 CONSIDERACIONES GENERALES PARA DISEÑAR SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Cherón, A. División de Ciencias biológicas y ambientales. Ing. En energías renovables. Introducción Los sistemas fotovoltaicos son, en gran medida, una opción al alcance de muchos para producir su propia energía eléctrica y generar un menor impacto ambiental, especialmente al no usar combustibles fósiles como fuente primaria para la producción de electricidad. Los sistemas fotovoltaicos pueden ser instalados en muchos lugares y para que su instalación resulte exitosa se deben conocer aspectos fundamentales relacionados con la fuente de energía, que es la radiación solar y el equipo generador que consiste en un módulo fotovoltaico, como pieza clave unitaria. La radiación solar, irradiancia e irradiación La radiación solar es todo el espectro electromagnético del que constan las ondas de energía provenientes del sol, todo el tiempo y que llegan a la Tierra en un espacio de tiempo aproximado de 12 horas para cada zona geográfica, aunque se reduce significativamente según nos acerquemos a los polos; la irradiancia es la potencia de esta energía por unidad de superficie en un instante dado y se mide en W/m2; por último, la irradiación es el acumulado de la irradiancia para un periodo, por ejemplo, un día, esta a su vez se mide de forma estándar en paquetes de tiempo de energía llamados Hora solar pico (HSP) que representa el total de energía capturado por la superficie a una tasa de 1000 W/m2 durante una hora. De lo anterior podemos deducir que, para un lugar geográfico determinado, la irradiación variará principalmente con la estación y la latitud; comúnmente en algunos archivos y páginas web podemos encontrar la irradiación promedio para el lugar en cuestión. Conocer la irradiación de un lugar, nos permitirá saber cuánta producción de energía podremos tener considerando las características principales del módulo fotovoltaico que a continuación se mencionan. El módulo fotovoltaico El módulo fotovoltaico es un conjunto de celdas solares que se ensamblan y que de esta forma, es vendido por fabricantes, así, cada módulo fotovoltaico tiene asociada una ficha técnica donde podemos conocer parámetros clave de los cuales resalto los siguientes, sin antes mencionar, que estos parámetros se obtienen de 2 pruebas principales, la primera, que se hace bajo “Condiciones de prueba estándar” y se usa una irradiancia de 1000 W/m2 con una masa de aire de Asignación a cargo del docente en línea Cuautla, Morelos a 18 de septiembre de 2023 1.5 y temperatura de funcionamiento de la celda a 25 °C; la segunda, es la prueba en NMOT, o sea, “temperatura de operación del módulo nominal” donde se usa una irradiancia de 800 W/M2 con una temperatura de operación de la celda del módulo a 41 °C, siendo esto último, condiciones más próximas a las reales, y la primera mencionada, que corresponde mejor a pruebas de laboratorio, con lo dicho, prosigo a mencionar los parámetros principales: Potencia pico: es la potencia generada por el módulo fotovoltaico. Vmp: el voltaje de máxima potencia representa el voltaje óptimo durante el funcionamiento del módulo fotovoltaico donde la potencia alcanzada es máxima. Imp: análogamente al voltaje, es la corriente adecuada para contar con la máxima potencia en el módulo fotovoltaico. Voc: voltaje de circuito abierto es el máximo voltaje que el módulo fotovoltaico genera y sirve para obtener las curvas de rendimiento del módulo fotovoltaico Isc: la corriente de cortocircuito es también un parámetro que nos sirve para conocer el desempeño del módulo fotovoltaico a diferentes valores de irradiancia. Los parámetros eléctricos mencionados anteriormente nos permitirán dimensionar correctamente un sistema fotovoltaico a partir del consumo o demandas presentados por el usuario y entonces, se procede a establecer el arreglo fotovoltaico, de lo cual se destacan los siguientes elementos: String: también llamado conexión en serie de módulos fotovoltaicos, determina el voltaje de trabajo de un conjunto de módulos fotovoltaicos que formarán un circuito en serie. Circuito en paralelo: cuando lo que se busca es una corriente específica, se requerirá armar circuitos en paralelo de módulos fotovoltaicos para obtener la corriente óptima de trabajo. Interruptores: son elementos que nos sirven para control y protección del sistema fotovoltaico, se requieren interruptores para el circuito en corriente directa que mínimo eviten los arcos eléctricos y protejan los módulos y cables de sobrecargas, los interruptores de corriente alternan sirven para conectar y desconectar el sistema fotovoltaico de la red al igual que proporcionan protección contra cortocircuito y sobrecarga en el circuito entre el inversor y el punto de conexión con la red. Inversor: es el elemento central para la conversión y aprovechamiento de la energía de los módulos fotovoltaicos en la forma que se pueda utilizar por los aparatos convencionales diseñados para la red eléctrica y además toda Asignación a cargo del docente en línea Cuautla, Morelos a 18 de septiembre de 2023 la energía producida que no se utilice es convertida en excedentes financieros al pasar por el medidor bidireccional. Banco de baterías: para aplicaciones autónomas, se requiere contar, además, con un medio de almacenamiento que permita utilizar la energía producida por el sistema fotovoltaico en horas que el Sol no nos genere la electricidad, por lo que se requerirá para su dimensionamiento, conocer la demanda y consumo promedio del período de tiempo sin radiación solar. Con los parámetros eléctricos mencionados y los elementos principales que se describieron, se pueden hacer los cálculos pertinentes para determinar la dimensión y alcance del sistema fotovoltaico acorde con los requerimientos presentados por el usuario que desee reducir su consumo eléctrico o generar su propia energía. Es importante entonces mencionar que, de cómo el ingeniero en energías renovables procese la información y haga su memoria de cálculo será que se defina concretamente la capacidad de cada elemento del sistema fotovoltaico con tal que, al momento de funcionar, se cumpla con las expectativas del usuario. Conclusión Como mencioné al principio, los sistemas fotovoltaicos tienen la característica principal de no requerir un combustible para su funcionamiento, sino que dependen de la radiación solar, con lo que puedo animosamente decir que, este recurso es accesible para todos los lugares de la república mexicana para echar mano y que el dimensionamiento del sistema dependerá de las necesidades y requerimientos del usuario, así como de la tecnología escogida, todo lo cual repercutirá en el desempeño y eficiencia del sistema. Actualmente, los sistemas fotovoltaicos están en un constante mejoramiento y es de esperar mayores eficiencias con la investigación y desarrollo en el corto y mediano plazo y que, por lo tanto, se podrá contar con más opciones con los que se cubran multitud de necesidades y diseñar un sistema fotovoltaico para cada aplicación particular a través de las competencias de buenos ingenieros en energías renovables formados en la universidad abierta y a distancia de México. Saludos. Asignación a cargo del docente en línea Cuautla, Morelos a 18 de septiembre de 2023 Bibliografía Sánchez, M. e. (2017). Aplicaciones fotovoltaicas de la energía solar en los sectores residencial, servicio e industrial. Obtenido de IER. UnADM. (S. f.). UNIDAD 2. DISEÑO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTONOMOS E INTERCONECTADOS A LA RED. Asignación a cargo del docente en línea
