TEMAS SELECTOS DE LA ENERGIA SOLAR SEGUNDA UNIDAD PARTE II

Dimensionado de un Sistema Fotovoltaico Debe tener un correcto dimensionado. Los elementos constituyentes de la instalación deben guardar entre si la proporción justa y equilibrada. Se debe de tener presente el posible perjuicio en el caso de una paralización de la energía eléctrica. El dimensionado debe estar acorde a las necesidades. Conocer los datos de consumo previsto y proyección.

Ejemplo: Dimensionado de un Sistema Fotovoltaico Datos de consumo: Datos de identificación. Numero de usuarios. Meses de utilización al año. Días de utilización a la semana. Periodo de utilización máximo y mínimo. Consumos no periódicos. Potencia máxima de consumo simultaneo. Necesidad de ondulador (conversor). Tensión de consumo elegida. Energía requerida.

Consumos medios diarios estimados Potencia (W) Tiempo (h) Consumo (W.h) Salón comedor (2 puntos de luz de 18W) 36 6 216 3 dormitorios (3 puntos de luz de 8W) 24 0.45 10.8 1 SSHH ( 1 punto de luz de 18W) 18 1.5 27 Cocina (1 punto de luz de 18W) 3 54 1 frigorífico 75 8 600 Pasillo (1 punto de luz de 18W) 1 TV 40 120 Varios 20 2 Total de potencia 249 Total de consumo 1085.8

Observaciones Solamente deben considerarse los puntos de luz que normalmente están encendidos. Tiempo de funcionamiento de electrodomésticos. Potencia total para la protección. Uso de onduladores. Consumos fantasmas. Consumos del mes desfavorable del año.

Calculo de la capacidad y determinación del acumulador Determinar el numero máximo N de días de autonomía previstos. Teóricamente, N representaría el máximo numero de días consecutivos que pudieran producirse con condiciones absolutamente desfavorables. Durante ese periodo los paneles no recogen prácticamente energía, y todo el consumo se hace a expensas de la reserva de la batería, la cual disminuye rápidamente su nivel de carga. Conociendo el numero N de días de autonomía y la energía total teórica requerida ET en un periodo de 24 horas, se procede a hallar la energía real necesaria, que proveniente de los paneles, debe recibir el acumulador. La energía E equivaldrá exactamente a la energía que se necesite diariamente, teniendo en cuenta las diferentes perdidas que existen. 𝐸= 𝐸 𝑇 𝑅 Donde R es un factor global de rendimiento de la instalación.

Ecuación de R: 𝑅=1− 1− 𝑘 𝑏 − 𝑘 𝑐 − 𝑘 𝑣 𝑘 𝑎 𝑁 𝑃 𝑑 − 𝑘 𝑏 − 𝑘 𝑐 − 𝑘 𝑣 Siendo: 𝑘 𝑏 = Coeficiente de perdidas por rendimiento en el acumulador. 𝑘 𝑎 = Coeficiente de autodescarga diaria. 𝑘 𝑐 = Coeficiente de perdidas en el ondulador, si existe y afecta a toda la red de consumo. En el supuesto que solo se utilizase para algunos aparatos, 𝑘 𝑐 se supondrá igual a cero. 𝑘 𝑣 = Coeficiente que agrupa otras perdidas (rendimiento global de toda la red de consumo, perdidas por efecto joule, etc.).

Luego de calcular R y E, se halla el valor de la capacidad útil Cu. 𝐶 𝑢 = 𝐸𝑁 𝑉 Se halla la capacidad nominal del fabricante: 𝐶= 𝐶 𝑢 𝑃 𝑑

Calculo de la potencia de los paneles El valor de E obtenido anteriormente es la energía que debe entrar a través de los bornes del acumulador, la cual tiene su origen en los paneles. Consideraremos que un 10% de la energía que produzcan los paneles va a ser disipada en el regulador y no se convertirá en energía útil, por lo que se estimara un 90% del rendimiento como dato estándar para nuestros cálculos. 𝐸 𝑝 = 𝐸 0.9 El numero de paneles a instalar estará dada por la siguiente formula: 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 𝑃 = 𝐸 𝑝 𝑃𝑥𝐻𝑆𝑃 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 𝑆 = 𝑉 𝑈𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑉 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙

Secuencia del Proceso de Calculo Partir de la potencia en vatios de cada aparato de consumo y estimar el numero medio de horas de funcionamiento de cada uno en el día medio del mes mas desfavorable. Calcular en W.h el consumo diario ET en el mes mas desfavorable. Elegir el numero N de días de autonomía y averiguar la profundidad de descarga máxima Pd admitida para el acumulador. 0.8 para Ni-Cd o Pb-Sb 0.4 para Pb-Ca.

Calcular la energía necesaria: 𝐸= 𝐸 𝑇 𝑅 𝐸= 𝐸 𝑇 𝑅 𝑅=1− 1− 𝑘 𝑏 − 𝑘 𝑐 − 𝑘 𝑣 𝑘 𝑎 𝑁 𝑃 𝑑 − 𝑘 𝑏 − 𝑘 𝑐 − 𝑘 𝑣 Los valores mas usuales son: 𝑘 𝑏 =0.05 𝑘 𝑎 =0.005 𝑘 𝑐 = 𝑘 𝑣 = 0 Si no existe ondulador, o si el rendimiento de este ya se ha tenido en cuenta al calcular la potencia real consumida por los aparatos a los que afecte. 0.2 Cuando existe un ondulador senoidal que afecta a todo el circuito de consumo. 0.1 En el caso de que el ondulador sea de onda cuadrada. 0.15 Si las potencias de partida en el punto 1 son las teóricas de cada aparato. 0.1 Caso general, si no se dispone de información en detalle de los rendimientos. 0.05 Si las potencias de partida del punto 1 son las realmente consumidas por cada aparato, habiendo tenido ya en cuenta sus perdidas..

Calcular la capacidad útil de las baterías 𝐶 𝑢 = 𝐸𝑁 𝑉 Calcular la capacidad nominal de la batería. 𝐶= 𝐶 𝑢 𝑃 𝑑 La potencia EP que deben producir los paneles es mayor que E, debido principalmente a las perdidas por usar regulador. 𝐸 𝑝 = 𝐸 0.9 Calcular el numero de paneles necesarios de potencial nominal P 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 𝑃 = 𝐸 𝑝 𝑃𝑥𝐻𝑆𝑃 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 𝑆 = 𝑉 𝑈𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑉 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙

Ejercicio 1 Consideremos una instalación que consume 200W.h al día y supongamos los siguientes valores, donde se tiene un ondulador senoidal, para una autonomía de 15 días y una profundidad de descarga del 60% con una tensión de 12 voltios. 𝑘 𝑏 =0.05 𝑘 𝑎 =2𝑥 10 −3 𝑘 𝑣 =0.15 𝑅=1− 1− 𝑘 𝑏 − 𝑘 𝑐 − 𝑘 𝑣 𝑘 𝑎 𝑁 𝑃 𝑑 − 𝑘 𝑏 − 𝑘 𝑐 − 𝑘 𝑣 𝑅=1− 1−0.05−0.2−0.15 2∗ 10 −3 ∗ 15 0.6 −0.05−0.2−0.15 𝑅=0.57 𝐸= 200 0.57 =351 𝑊.ℎ 𝐶 𝑢 = 351𝑊ℎ∗15 12𝑣 =439𝐴.ℎ 𝐶= 439 𝐴.ℎ 0.6 =732 𝐴.ℎ Las baterías que Se tendría que usar, serian 3 de 250 A.h o quizás 5 de 150 A.h cada uno.

Ejercicio 2 𝑘 𝑏 =0.05 𝑘 𝑎 =7𝑥 10 −4 𝑘 𝑣 =0.15 𝐸 𝑇 =350𝑊ℎ/𝑑í𝑎 𝑁=20 𝑑í𝑎𝑠 𝑃 𝑏 =0.75 No posee ondulador.

Ejercicio 3 Efectuar una instalación solar para alimentar una estación de radio repetidora en la montaña, la potencia de utilización es de 200w funcionando durante un tiempo de 20 minutos cada hora del día.: Tensión de trabajo: 12 voltios La autonomía que se quiere que tenga el equipo es de 15 días, utilizando baterías de níquel-cadmio con una autodescarga del 1.5% diaria, según el fabricante. Los paneles que se han escogido tienen una potencia nominal de 20W ¿Cuántos deben instalarse? No tiene ondulador. 𝑘 𝑏 =0.05 𝑘 𝑣 =0.1