Dimensionado Fotovoltaica Aislada

DIMENSIONADO

El dimensionado de una instalación fotovoltaica aislada implica determinar:

  • El número de paneles necesarios.
  • La capacidad de las baterías.
  • Las características del regulador.
  • Sección de los conductores de los circuitos.

DEMANDA DE LA INSTALACIÓN

El primer paso para dimensionar los componentes y conductores es establecer la demanda de energía que precisa el edificio o instalación. es importante conocer el perfil de uso y factor de utilización de los receptores presente en la instalación.

A continuación se muestra la tabla de consumos de una pequeña vivienda rural que se pretende electrificar mediante energía fotovoltaica.
tabla-datos-fotovoltaicaLa energía obtenida es la que precisan los receptores de la vivienda. Sin embargo, el conjunto de la instalación presenta unas pérdidas que deben tenerse presentes, puesto que disminuyen el rendimiento neto de la energía captada. Estas pérdidas están relacionas con la descarga de la batería, pérdidas en el inversor…
Así, la energía total que precisa la instalación será:

formula-perdidas-cargas

Donde:
η : es el rendimiento global de la instalación. Depende de múltiples factores, pero puede considerarse apropiado un valor comprendido entre el 70% y el 80% (0,7 ; 0,8).

Si se determinara la energía total que demanda la vivienda anterior si el rendimiento global de la instalación es del 75%.
La energía total demandada seria:

ecuacion-calculo-perdida-fotovoltaica

CÁLCULO DE LA BATERÍA

Para el dimensionado de la batería es preciso conocer los siguientes datos:

  • Energía total demandada, Etotal: la calculada anteriormente.
  • Profundidad de descarga, pd: es el límite de descarga que admite una batería para no deteriorarse ante de los ciclos nominales que tiene asignado. Depende del tipo de acumulador, oscilando entre un 60% para las de plomo y 80% para las de cadmio.
  • Voltaje de la batería, V: las baterías pueden ser monoblock o montarse por agrupación de celdas de 2 V. de todas formas, las tensiones nominales de las baterías suelen ser de 12 V o 24 V.
  • Número de días de autonomía, N: es función del número de días consecutivos en los cuales es posible que esté completamente nubado. Es un dato estadístico que depende de la localidad donde se ubique la instalación. No obstante, según el perfil de uso, se puede asignar el valor arbitrario que se considere oportuno.

Se utiliza la siguiente expresión:

calculo-bateria-fotovoltaica

Donde C es la carga en Ah de la batería.

Ej: Determinar la capacidad necesaria de la batería utilizada para una vivienda que precisa consumir diariamente 1.150 Wh.
La batería será de plomo, con una pd del 60%.
La instalación trabajará a 24 V.
Se considera una autonomía de 3 días.
Solución:
La capacidad de la batería será de:

solucion-calculo-bateria-fotovoltaica

NÚMERO DE PANELES NECESARIO

El número de paneles depende básicamente de dos factores:

  • Potencia nominal del módulo fotovoltaico.
  • Horas solares pico de la ubicación.

El número necesario se obtendrá redondeando al alza el resultado obtenido en la fórmula:

formula-numero-paneles-fotovoltaicos
Donde:

  • Etotal: energía total que precisa la instalación en Wh.
  • ηr: rendimiento del regulador, general un 90%.
  • Pn: potencia nominal del módulo fotovoltaico en W.
  • HSP: horas solares pico (h). Para solar aislada se considerarán las horas solares pico del mes más desfavorable, es decir, con menos radiación solar que generalmente suele ser el mes de diciembre.

Ej: Determinar el número de módulos fotovoltaicos para electrificar una vivienda rural situada en Huesca. La vivienda se utilizará durante todo el año.
Se han seleccionado unos paneles ATERSA A-170 con los siguientes parámetros:
-Potencia (W en prueba -2/+5%): 170 W.
-Número de células en serie: 72.
-Corriente en punto de máxima potencia: 4,74 A.
-Tensión en punto de máxima potencia: 35,80 V.
– Corriente de cortocircuito: 5,10 A.
-Tensión de circuito abierto: 43,95 V.
– La inclinación de los paneles será de 60º.

Solución:
1º se calcula el factor k para obtener el HSP y al ser aislada se considerará el mes más desfavorable.
Según la tabla 1, el mes con menos radiación en Huesca es diciembre con H = 5,1 MJ/m2
Huesca se encuentra a una latitud de 42,1º, por lo que el factor k para el mes de diciembre para 60º será : k = 1,57
Por lo tanto, las HSP diciembre= k x H = 1,57 x 5,1/3,6=2,21.

calculo-numero-paneles-fotovoltaicos

Se seleccionarán 4 paneles de 127 W.

REGULADOR

El parámetro característico del regulador es la corriente máxima. Esta debe ser superior a la suma de las corrientes de cortocircuito de los ramales de paneles colocados en paralelo:
formula-regulador

Donde:

  • Imáx: corriente máxima admisible del regulador.
  • n: números de filas de módulos en paralelo.
  • isc: corriente de cortocircuito de los paneles.

Además, el regulador también deberá estar preparado para soportar la línea de corriente más desfavorable del consumo.
A estas dos intensidades se les aplica un coeficiente de seguridad (FS) de un 25%.

Ej: Como la instalación de la vivienda anterior se electrificará a 24 V, los cuatros paneles fotovoltaicos se colocarán en paralelo entre sí. El regulador para la vivienda considerada necesitará soportar una corriente por el lado del generador equivalente a:
calculo1-regulador
Teniendo en cuenta los datos anteriores del consumo de la vivienda y sabiendo que estos consumos son simultáneos, podemos saber la Intensidad de consumo (Icons) más desfavorable para nuestra instalación en el lado de las cargas.
calculo2-regulador

COBERTURA SOLAR

La cobertura solar es la fracción de energía satisfecha por la instalación fotovoltaica.

f = Efotovoltaica / Edemandada

Donde:

  • Edemanada: energía que necesita la instalación en Wh.
  • Efotovoltaica: es la energía aportada por los paneles solares

Efv = n x 0,9 x HSP x Pfv

 

 

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