instalación de sistemasa-2_dr.pdf · 1. identificación del tipo de usuario (residencial,...

Curso de practicas eficientes y seguras para el diseño e instalación de sistemas

fotovoltaicos

M.Sc. Ing. Daniel Rendón

Desarrollo del curso – día 2

Objetivo: Calcular el dimensionamiento del sistema teniendo en cuenta el sitiogeográfico, la autonomía, el cuadro de carga y pérdidas del sistema.

DIMENSIONAMIENTO MANUAL DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

• Introducción.• Curvas I-V.• Horas solar pico (HSP).• Angulo de inclinación del arreglo FV.• Dimensionamiento manual de sistemas GRID-TIE.• Dimensionamiento manual de sistemas OFF-GRID.• Sistemas de protección DC/AC.• Selección de conductores.• Lectura e interpretación de planos.• Ejercicios prácticos.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN SISTEMA FV

• SISTEMA INTERCONECTADO A LA RED (GRID-TIE)

• SISTEMA INTERCONECTADO A LA RED (GRID-TIE) CON MICROINVERSORES.

solartechnology.com.mx

• SISTEMA AISLADO (OFF-GRID)

• SISTEMA HIBRIDO.

DIFERENCIA ENTRE POTENCIA Y ENERGIA

• Potencia: Es la cantidad de trabajo por unidad de tiempo. kW, HP, etc.• Energía: Es la capacidad de realizar un trabajo. kWh, Joules, etc.

• La potencia se da en términos instantáneos, no se puede acumular.• La energía se da en términos de tiempo, se puede acumular.

• Una planta solar fotovoltaica tiene una potencia X (dada enkWp) instalada. en términos instantáneos, no se puedeacumular.

• Dependiendo de las condiciones de radiación ésta plantatendrá una producción diaria de energía eléctrica Y (dadaen kWh).

CURVAS I-V

Trina TSM-DD14A.

• Curva característica de un modulo solar fotovoltaico.

HORAS SOLAR PICO (HSP)

calculationsolar.com

𝟏 𝑯𝑺𝑷 =1𝑘𝑊 𝑥 1ℎ

Unidad que mide la irradiación solar y se define como la energía por unidad desuperficie que se recibiría con una hipotética irradiancia solar constante de 1000W/m2.

Áreas equivalentes

La HSP vadirectamenterelacionado conla capacidad quenos va a generarun panel solar aldía.

MAPAS DE RADIACIÓN

• Solargis: https://solargis.com/• NSRDB Data viewer: https://maps.nrel.gov/nsrdb-viewer/• Global Solar Atlas: https://globalsolaratlas.info/• Atlas de radiación solar IDEAM:

http://atlas.ideam.gov.co/visorAtlasRadiacion.html• Atlas solar Colombia – Grupo de investigación Enegeia EIA:

https://www.eia.edu.co/atlas-solar

ATLAS DE RADIACIÓN SOLAR DEL IDEAM

POSICIÓN DEL SOL

NABCEP

• Ángulo Azimut: Define la dirección de la proyección del sol en el eje horizontal.• Ángulo Altitud: Define la elevación del sol sobre el horizonte.

DIAGRAMA DE POSICIÓN SOLAR

NABCEP

Representación grafica de la altitud del sol y ángulos azimut en un día dado del año

https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php?lang=es

VENTANA SOLAR

NABCEP

• Ventana Solar: Representa el rango de caminos solares para una latitud especifica entrelos solsticios de invierno y verano.

CUANDO SEA POSIBLE, LOS ARREGLOS FOTOVOLTAICOS DEBEN ORIENTARSE HACIA ÉSTA VENTANA SOLAR PARA MAXIMIZAR LA GENERACIÓN DE ENERGIA.

DIRECCIÓN DEL ARREGLO FV

NABCEP• Ángulo Azimut: Define la dirección de la superficie del arreglo relativa al sur .• Ángulo de inclinación: Angulo que forma el arreglo con el plano horizontal.

EL ÁNGULO AZIMUT OPTIMO PARA LOS ARREGLOS ES HACIA EL SUR EN EL HEMISFERIO NORTE Y HACIA EL NORTE EN EL HEMISFERIO SUR.

INCLINACIÓN DEL ARREGLO FV

NABCEP

UN ARREGLO DIRECCIONADO HACIA EL SUR RECIBE LA MÁXIMA ENERGÍA SOLAR ANUAL CON UN ÁNGULO DE INCLINACIÓN UN POCO MENOR A LA LATITUD LOCAL.

INCLINACIÓN DEL ARREGLO FV

DIMENSIONAMIENTO MANUAL DE SISTEMAS GRID-TIE.

1. Identificación del tipo de usuario (residencial, comercial, Industrial).

2. Recopilación básica de información.

3. Determinación del porcentaje de cobertura solar y energía diaria a

generar.

4. Determinación de las condiciones de radiación solar del sitio.

5. Dimensionamiento de la potencia solar requerida.

6. Determinación del inversor a utilizar.

7. Determinación del arreglo solar fotovoltaico.

8. Verificación de espacio disponible sobre techo.

9. Cálculo de generación de energía.

1. IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DE USUARIO

• RESIDENCIAL.• COMERCIAL.• INDUSTRIAL.

2. RECOPILACIÓN BÁSICA DE INFORMACIÓN.

• Características básicas de la red eléctrica:

Se debe conocer las características de la red eléctrica donde seinterconectará el sistema.

Ésta información influirá en la selección del inversor a utilizar.

• Consumos del usuario:

- A través de factura del servicio de energía eléctrica.- A través de perfil de cargas/consumos del usuario.

Usuario con consumo promedio

de 179 kWh/mes

Costo del kWhCOP $496,33

• Consumos del usuario:

- A través de factura del servicio de energía eléctrica.- A través de perfil de cargas/consumos del usuario.

Usuario con consumo promedio

de 6,9 kWh/día

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

[Horas del día]

Perfil de carga

• Capacidad del transformador ligado a la instalación:

- Articulo 5, numeral a) resolución CREG 030 de 2018:“La sumatoria de la potencia instalada de los GD o AGPE que entregan

energía a la red debe ser igual o menor al 15% de la capacidad nominal delcircuito, transformador o subestación donde se solicita el punto deconexión.”

La potencia máxima en AC que se puede

instalar seria de:25x 15% = 3,75 kW

CONSULTA DE DISPONIBILIDAD PARA OPERADORES DE RED ENCOLOMBIA:

• EPMhttps://maps.epm.com.co/ETER/Visor/Visor• CODENSA - ENELhttp://multiprocesos.com/enel_codensa_creg030/• EMCALIhttps://www.emcali.com.co/web/energia/autogeneracion• ELECTRICARIBEhttps://servicios.electricaribe.com/CREG030/

• Restricción de espacio para instalación de módulos solaresfotovoltaicos.

3. DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE COBERTURA SOLAR Y ENERGÍA DIARIA A GENERAR.

4. DETERMINACIÓN DE LAS CONDICIONES DE RADIACIÓN SOLAR DEL SITIO.

Las unidades del mapa de radiación solar del IDEAM

son:𝒌𝑾𝒉/𝒎𝟐/𝒅í𝒂

5. DIMENSIONAMIENTO DE LA POTENCIA SOLAR REQUERIDA.

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒌𝑾𝒑 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 [𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜]

𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 [𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝/𝑎ñ𝑜]

• Nota: Se deben tener en cuenta los factores de pérdidas del sistema enel cálculo de la Producción solar especifica.

𝑷𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒄𝒊ó𝒏 𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝/𝑎ñ𝑜 = 365 ∗ 𝐻𝑆𝑃 [𝑘𝑊ℎ/𝑚2 /𝑑í𝑎]

6. DETERMINACIÓN DEL INVERSOR A UTILIZAR.

• A tener en cuenta:

- Potencia del arreglo solar fotovoltaico deseado (DC) [kWp].- Potencia nominal de salida (AC) [kW].- Voltaje, frecuencia y corriente de salida (AC).

Ficha técnica Fronius GALVO

- Módulos solares fotovoltaicos a utilizar [Wp].- Potencia máxima de entrada (DC) [kWp] del inversor.- Voltaje y corriente máximas de entrada (DC). Voc e Isc de arreglo solar.

7. DETERMINACIÓN DEL ARREGLO SOLAR FOTOVOLTAICO.

Ficha técnica Fronius GALVO

8. VERIFICACIÓN DE ESPACIO DISPONIBLE SOBRE TECHO.

- Garantizar espacio para el arreglo solar en cubierta.- Garantizar que las strings estén sobre el mismo plano.- Evitar sombras sobre las strings.

9. CÁLCULO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA

𝑮𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒌𝑾𝒉/𝒂ñ𝒐

= 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝/𝑎ñ𝑜 ∗ 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 [𝑘𝑊𝑝]

EJEMPLO – DIMENSIONAMIENTO MANUAL DE SISTEMA INTERCONECTADO

• DATOS PRINCIPALES:

Ubicación del proyecto Medellín - Antioquia

Tipo de usuario Residencial

Consumo promedio mensual 420 kWh

Porcentaje deseado de aporte solar 100%

Tipo de red eléctrica Monofásico 240/120 V AC

Capacidad del transformador 75 kVA

Área en cubierta 120 m2

• Residencial

• Características básicas de la red eléctrica: Monofásico 240/120 V AC• Consumo promedio mensual: 420 kWh/mes• Capacidad del transformador ligado a la instalación: 75 kVA

La potencia máxima en AC que se puede instalar

seria de:75x 15% = 11,25 kW

• 100% del consumo promedio.

• Ubicación del proyecto: Medellín

Mapa de radiación solar del IDEAM

3. DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE COBERTURA SOLAR Y ENERGÍA DIARIA A GENERAR.

Radiación = HSP = 4 kWh/m2/día

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟𝑘𝑊ℎ

𝑎ñ𝑜= 100% 𝑥 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙 𝑥 12

𝑎ñ𝑜= 100% 𝑥 420 𝑘𝑊ℎ/𝑚𝑒𝑠 𝑥 12

𝑎ñ𝑜= 5040 𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜

𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝/𝑎ñ𝑜 = 365 ∗ 𝐻𝑆𝑃 ∗ (1 −%Pérdidas del sistema)

𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝/𝑎ñ𝑜 = 365 ∗ 4 𝑘𝑊ℎ/𝑚2/𝑑í𝑎 ∗ (1 − 20%)

𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝/𝑎ñ𝑜 = 1168 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝/𝑎ñ𝑜

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒌𝑾𝒑 =5040 𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜

1168 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝/𝑎ñ𝑜

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒅𝒆𝒔𝒆𝒂𝒅𝒂 𝒌𝑾𝒑 = 4,31 𝑘𝑊𝑝

• Potencia del arreglo solar fotovoltaico deseado (DC): 4,31 kWp

• Potencia nominal de salida (AC) [kW]: Inferior a 11,25 kW• Voltaje, frecuencia y corriente de salida (AC): 240/120 V AC

monofásico, 60 Hz.

Se selecciona el inversorFronius Primo 3.8-1

• Módulos solares fotovoltaicos a utilizar [Wp]: Policristalinos 280 Wp

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 = ൘4310𝑊𝑝

280𝑊𝑝= 15,39

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 = 15

• Potencia máxima de entrada (DC) [kWp] del inversor.• Voltaje y corriente máximas de entrada (DC). Voc e Isc de arreglo solar.

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 = ൗ600 𝑉38,65 𝑉 = 15,52 ≈ 15

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 = ൗ27 𝐴9,37 𝐴 = 2,88 ≈ 2

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑟 = 15 ∗ 280𝑊𝑝 = 4200𝑊𝑝 = 4,2 𝑘𝑊𝑝

De acuerdo a las caracteristicas del inversorseleccionado, se pueden instalar los

módulos en una sola serie de 15 módulos.

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒂𝒓𝒓𝒆𝒈𝒍𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒂 𝒊𝒏𝒔𝒕𝒂𝒍𝒂𝒓 = 𝟒, 𝟐 𝒌𝑾𝒑

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 = 1,65 𝑚 ∗ 0,99 𝑚 = 1,63 𝑚2

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑟 = 15

Es posible instalar el arreglo solar fotovoltaico en la cubierta disponible

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 = 15 ∗ 1,63 𝑚2 = 24,45 𝑚2

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑢𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎 = 120 𝑚2

9. CÁLCULO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA.

𝑮𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒌𝑾𝒉/𝒂ñ𝒐

= 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝/𝑎ñ𝑜 ∗ 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 [𝑘𝑊𝑝]

𝑮𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒌𝑾𝒉/𝒂ñ𝒐 = 1162 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝/𝑎ñ𝑜 ∗ 4,2𝑘𝑊𝑝

𝑮𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒌𝑾𝒉/𝒂ñ𝒐 = 4880,4 𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜

𝑮𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒌𝑾𝒉/𝒎𝒆𝒔 = 406,7 𝑘𝑊ℎ/𝑚𝑒𝑠

DIMENSIONAMIENTO MANUAL DE SISTEMAS OFF-GRID.

1. Identificación del tipo de usuario (residencial, comercial, Industrial).

2. Recopilación básica de información.

3. Determinación de las condiciones de radiación solar del sitio.

4. Determinación del banco de baterías.

5. Dimensionamiento de la potencia solar requerida.

6. Determinación del controlador de carga.

7. Determinación del arreglo solar fotovoltaico.

8. Determinación del inversor a utilizar.

9. Verificación de espacio disponible sobre techo.

• Características básicas de la red eléctrica:

Se debe conocer las características de la red eléctrica instalada en el lugar(Voltaje de las cargas y tipología del tablero eléctrico a alimentar).

Ésta información influirá en la selección del inversor a utilizar.

• Cargas y consumos del usuario:Cuadro de cargas.

Carga eléctrica del usuario Cantidad Potencia [W]Potencia total

Horas de uso promedio al día

Consumo promedio de

energía [Wh/día]

Sobrecorriente durante el arranque

Potencia al arranque

Iluminación 5 20 100 400 1 100Televisor 1 115 115 230 1 115Tomas 3 100 300 450 1 300Licuadora 1 650 650 130 4 2600Nevera 1 190 190 1710 3 570Ventiladores 3 150 450 675 4 1800PC 1 80 80 320 1 80

Potencia total en AC

1885Consumo promedio

diario en AC3915

Total al arranque

Las unidades del mapa de radiación solar del IDEAM

son:𝒌𝑾𝒉/𝒎𝟐 /𝒅í𝒂

Las unidades del mapa de brillo solar del IDEAM

son:𝒉 /𝒅í𝒂

4. DETERMINACIÓN DEL BANCO DE BATERÍAS.

𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆𝒍 𝒃𝒂𝒏𝒄𝒐 𝒅𝒆 𝒃𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒔 𝑨𝒉 =

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑊ℎ𝑑í𝑎

∗ 𝐷í𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑢𝑡𝑜𝑛𝑜𝑚í𝑎

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 [𝑉 𝐷𝐶] ∗ 𝐷𝑂𝐷 ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡. 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑚𝑝 ∗ 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝑾𝒑

= ൙𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎

𝑊ℎ𝑑í𝑎

𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙 𝑎𝑙 𝑑𝑖𝑎 ℎ ∗ 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 ∗ 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠

𝑷é𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂𝒔= 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑚𝑝 𝑒𝑛 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝐹𝑉∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑚𝑖𝑛𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝐹𝑉

6. DETERMINACIÓN DEL CONTROLADOR DE CARGA.

𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒕𝒓𝒐𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝐴

=𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑊𝑝

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 [𝑉 𝐷𝐶]

- Potencia del arreglo solar fotovoltaicodeseado (DC) [Wp].

- Voltaje del sistema [V DC].- Capacidad de corriente [A].

- Módulos solares fotovoltaicos a utilizar [Wp].- Potencia máxima de entrada (DC) [Wp] del controlador.- Voltaje y corriente máximas de entrada del controlador (DC). Voc e Isc de

arreglo solar.

- Voltaje del sistema [V DC]- Potencia máxima de entrada (DC) [Wp].- Potencia en AC [kW].- Potencia pico de arranque.

- Garantizar espacio para el arreglo solar en cubierta.- Garantizar que las strings estén sobre el mismo plano.- Evitar sombras sobre las strings.

EJEMPLO – DIMENSIONAMIENTO MANUAL DE SISTEMAS OFF-GRID

Ubicación del proyecto Cartagena – Bolivar

Tipo de usuario Residencial

Tipo de red eléctrica Monofásico 120 V AC

Porcentaje deseado de aporte solar 100%

Días de autonomía del sistema 2

Área en cubierta 100 m2

Consumo promedio de

energía [Wh/día]

Iluminación 5 20 100 4 400 1 100Televisor 1 115 115 2 230 1 115Tomas 3 100 300 1,5 450 1 300Licuadora 1 650 650 0,2 130 4 2600Nevera 1 190 190 9 1710 3 570Ventiladores 3 150 450 1,5 675 4 1800PC 1 80 80 4 320 1 80

diario en AC3915

Total al arranque

• Residencial

• Características básicas de la red eléctrica: Monofásico 120 V AC• Cargas y consumos del usuario:

Consumo promedio de

energía [Wh/día]

Iluminación 5 20 100 4 400 1 100Televisor 1 115 115 2 230 1 115Tomas 3 100 300 1,5 450 1 300Licuadora 1 650 650 0,2 130 4 2600Nevera 1 190 190 9 1710 3 570Ventiladores 3 150 450 1,5 675 4 1800PC 1 80 80 4 320 1 80

diario en AC3915

Total al arranque

• Ubicación del proyecto: Cartagena - Bolivar

Mapa de radiación solar del IDEAM

Radiación = HSP = 5 kWh/m2/día

Horas de sol = 6 h/día

Factor de pérdidas por temperatura 0,9

Días de autonomía 2

DOD del banco de baterías 0,5Eficiencia del controlador 0,98Voltaje del Sistema 24 V DC

Valor típico. Consultarfichas técnicas.

𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆𝒍 𝒃𝒂𝒏𝒄𝒐 𝒅𝒆 𝒃𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒔 𝑨𝒉 =3915

𝑊ℎ𝑑í𝑎

24 [𝑉 𝐷𝐶] ∗ 0,5 ∗ 0,9 ∗ 0,98

𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆𝒍 𝒃𝒂𝒏𝒄𝒐 𝒅𝒆 𝒃𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒔 𝑨𝒉 = 739,8 𝐴ℎ

• Baterias a utilizar: Ciclo profundo 255 Ah 12 VDC GEL

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 = ൗ739,8 𝐴ℎ255 𝐴ℎ = 2,90 ≈ 3

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 = ൗ24 𝑉𝐷𝐶12 𝑉𝐷𝐶 = 2

𝑵ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒃𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒔 𝒏𝒆𝒄𝒆𝒔𝒂𝒓𝒊𝒂𝒔 = 3 ∗ 2 = 6

𝑊ℎ𝑑í𝑎

Factor de pérdida por temperatura en baterías

Eficiencia del controlador de carga 0,98

Factor de pérdida por temperatura en módulos FV

Factor de disminución FV 0,85

Valor típico. Consultarfichas técnicas.

Pérdidas en cableado, polvo, conexiones, etc.

𝑊ℎ𝑑í𝑎

𝑷é𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂𝒔 = 0,9 ∗ 0,88 ∗ 0,85 = 0,67

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝑾𝒑 = ൘3915

𝑊ℎ𝑑í𝑎

6 ∗ 0,98 ∗ 0,67

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝑾𝒑 = 1008,19 𝑊𝑝

• Potencia del arreglo solar fotovoltaico deseado (DC): 1008,19 Wp

• Voltaje del sistema [V DC]: 24 V DC• Capacidad de corriente [A]:

=𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑊𝑝

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 [𝑉 𝐷𝐶]

=1008,19 𝑊𝑝

24 [𝑉 𝐷𝐶]= 42 𝐴

Se selecciona el controlador VictronSmartSolar 150/45

• Módulos solares fotovoltaicos a utilizar [Wp]: Policristalinos 280 Wp

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 = ൘1008,19𝑊𝑝

280𝑊𝑝= 3,6

• Potencia máxima de entrada (DC) [kWp] del controlador.• Voltaje y corriente máximas de entrada del controlador (DC). Voc e Isc

de arreglo solar.

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 = ൗ150 𝑉38,65 𝑉 = 3,88 ≈ 3

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 = ൗ50 𝐴9,37 𝐴 = 5,33 ≈ 5

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑟 = 6 ∗ 280𝑊𝑝 = 1680𝑊𝑝

De acuerdo a las caracteristicas del controlador seleccionado, se puedeninstalar 4 módulos en un arreglo de

2x2 módulos.

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒂𝒓𝒓𝒆𝒈𝒍𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒂 𝒊𝒏𝒔𝒕𝒂𝒍𝒂𝒓 = 𝟏, 𝟔𝟖 𝒌𝑾𝒑

𝐴𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑟 = 3 ∗ 2 = 6

SE RECOMIENDA ACERCARSE AL VALOR MÁXIMO DE VOLTAJE

ACEPTADO EN LA ENTRADA DEL CONTROLADOR (USAR EL MAYOR NÚMERO DE MÓDULOS EN SERIE

POSIBLE)

SOBREPASA LA POTENCIA MÁXIMA DEL CONTROLADOR VICTRON

SMARTSOLAR 150/45 (1300 Wp)

Se selecciona el controlador VictronSmartSolar 150/60

• Voltaje del sistema [V DC]: 24 V DC• Potencia máxima de entrada (DC) [Wp]: 1,68 kWp

• Potencia en AC [kW]: 1,88 kW• Potencia pico de arranque [kW]: 5,56 kW• Voltaje de salida: Monofásico 120 V AC

Se selecciona el InversorVictron Phoenix

24/3000

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 = 1,65 𝑚 ∗ 0,99 𝑚 = 1,63 𝑚2

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑟 = 6

Es posible instalar el arreglo solar fotovoltaico en la cubierta disponible

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 = 6 ∗ 1,63 𝑚2 = 9,78 𝑚2

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑢𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎 = 100 𝑚2

• Son dispositivos que tienen la misión de detectar condiciones anormalesen el funcionamiento de un sistema eléctrico (FV), actuandoautomáticamente para para restablecer el servicio normal.

• Ante una falla o perturbación, el sistema de protección debe ser capaz dedetectar y aislar la zona afectada, minimizando la posibilidad de incendio,el peligro para las personas y el riesgo de daños de equipos eléctricosasociados.

• Un sistema de protección adecuadamente diseñado y coordinado esnecesario para asegurar que el sistema eléctrico opere adecuadamente.

SISTEMAS DE PROTECCIÓN DC/AC.

PROTECCIONES ELÉCTRICAS

¡NO USAR INTERRUPTORES AC PARA DESCONECTAR

CARGAS DC!

https://www.youtube.com/watch?v=hy5Xj6C32PI

DPS (DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN CONTRA SOBREVOLTAJES)

• Un dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias actúacomo un conmutador controlado por tensión y se halla instalado entre losconductores activos y tierra en paralelo a los equipos a proteger. Cuandola tensión de la red es inferior a su tensión de activación, el protectoractúa como un elemento de alta impedancia, de forma que por él nocircula intensidad. Por el contrario, cuando la tensión de red es superior ala tensión de activación el protector actúa como un elemento deimpedancia próxima a cero, derivando la sobretensión a tierra y evitandoque ésta afecte a los receptores.

Cirprotec

DPS (DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN CONTRA SOBREVOLTAJES)

• Ondas normalizadas de la norma IEC62305-1

• DPS tipo 1: Protección contra impacto directo.• DPS tipo 2: Protección contra descarga inducida.

SELECCIÓN DE DPS – EDIFICIO SIN PARARRAYOS

SELECCIÓN DE DPS – EDIFICIO CON PARARRAYOS NO AISLADO

SELECCIÓN DE DPS – EDIFICIO CON PARARRAYOS AISLADO

• Seccionadores DC .• Fusibles.• DPS AC/DC.• Interruptores termomagneticos.• Equipotencialización/Puesta a tierra.

PROTECCIONES PARA INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS

SELECCIÓN DE CONDUCTORES.

CABLEADO DE MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS.

• Cable para aplicaciones fotovoltaicas.

- Resistente a la intemperie y luz ultravioleta.- Resistente a las bajas y altas temperaturas.- HFFR (Halogen Free, Flame Retardant)- Temperatura nominal de operación de hasta 120 ºC.- Niveles de tensión bajos y medios.

Calibres para instalaciones típicas:𝟒𝒎𝒎𝟐

𝟔𝒎𝒎𝟐

SELECCIÓN DE CONDUCTORES.

CABLEADO Y PROTECCIONES.

• RETIE.• NTC 2050:

- Sección 220: Cálculo de los circuitos.- Sección 240: Protección contra sobrecorrientes.- Sección 250: Puesta a tierra.- Sección 280: Descargadores de sobretensiones.- Sección 310: Conductores para instalaciones en general.- Sección 690: Sistemas solares fotovoltaicos.- Capitulo 9: Tablas y ejemplos.

• NFPA - NEC

CONSECUENCIAS DE UN MAL DIMENSIONAMIENTO E INSTALACIÓN DE CABLEADO Y PROTECCIONES

LECTURA E INTERPRETACIÓN DE PLANOS.

ARTICULO 6 – 6.1: SIMBOLOS ELÉCTRICOS

PLANOS ELÉCTRICOS

PLANOS ARQUITECTÓNICOS

EJERCICIOS PRÁCTICOS.

EJERCICIO 1: SISTEMA GRID-TIE

• Ubicación del proyecto: Medellín.• Tipo de Usuario: Residencial.• Transformador del circuito: 25 KVA.• Consumo promedio mensual: 276 kWh/mes.• Porcentaje desado de aporte solar: 90%• Área de la cubierta: 40 m2.

EJERCICIO 1: SISTEMA GRID-TIE

• Ubicación del proyecto: Medellín.• Tipo de Usuario: Residencial.• Transformador del circuito: 25 KVA.• Consumo promedio mensual: 276 kWh/mes.• Porcentaje desado de aporte solar: 90%• Área de la cubierta: 40 m2.

• VOLTAJE DE INTERCONEXIÓN: 240/120V 1 PH

EJERCICIO 2: SISTEMA OFF-GRID (AISLADO)

• Ubicación del proyecto: Montería - Córdoba.• Tipo de Usuario: Residencial.• Consumos: ver cuadro de cargas en excel.• Voltaje de tablero: 110V.• Dias de autonomia del sistema: 2.• Área de la cubierta: 20 m2.

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