calculo para sistema fotovoltaico

7/26/2019 Calculo para sistema fotovoltaico

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4.3.- Selección de los equipos necesarios para la satisfacción del consumo de

energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía solar.

Los Sistemas Fotovoltaicos se definen como un conjunto de elementos capaces de

suministrar electricidad para cubrir las necesidades planteadas, a partir de la energía

solar. Y básicamente consiste en la integración de varios componentes que, con una o

más funciones específica, pueden suplir la demanda eléctrica impuesta por la carga,

usando como combustible la energía solar.

Los sistemas fotovoltaicos están conformados de los siguientes componentes

El generador fotovoltaico o campo de paneles: es el elemento captador de

energía, que recoge la radiación solar ! la transforma en energía eléctrica. "stáformado por un conjunto de paneles o módulos fotovoltaicos conectados en serie !#o

paralelo, que deben proporcionar la energía necesaria para el consumo.

El regulador de carga el regulador de carga asegura que la batería funcione en

condiciones apropiadas, evitando la sobrecarga ! sobre descarga de la misma,

fenómenos ambos mu! perjudiciales para la vida de la batería.

La batería se encarga de almacenar parte de la energía producida por los

paneles $laque no se consume inmediatamente% para disponer de ella en periodos de

baja o nula irradiación solar.

El inversor: es el encargado de convertir la electricidad continua que produce el

conjunto paneles&baterías en tensión de alimentación acta para la carga. "'isten dos

tipos de inversores los de continua&alterna $()#*)% ! los inversores continua&

continua $))#))%.

"stos elementos del sistema Fotovoltaico se conforman por bloques de

generación, acumulación ! monitoreo. "n la figura +. se muestran los equipos que

conforman el sistema fotovoltaico.

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Figura 4.1 Elementos de un Sistema Fotovoltaico

Fuente elaboración propia $-/%

Los sistemas fotovoltaicos, transforman la radiación solar en energía eléctrica

permitiendo abastecer una amplia variedad de consumos. La energía e'cedente

producida durante las 0oras ! días de ma!or insolación es acumulada en las baterías.

La energía acumulada permite abastecer los consumos durante la noc0e ! durante los

días nublados.

"stos sistemas generan energía eléctrica en corriente continua. Si es necesario

abastecer consumos de corriente alterna, se requiere intercalar un inversor de

corriente con dise1o ))#)* entre las baterías ! dic0os consumos. La capacidad de

generación de un sistema fotovoltaico depende de su tama1o ! del recurso solar

disponible en el área de instalación. "l sistema fue dise1ado de tal manera que la

energía que debe generar resulta ser equivalente a la requerida por los consumos

conectados.

)uando los consumos son relativamente altos, es necesario considerar que los

sistemas fotovoltaicos podrían ser combinados con otras fuentes de energía eléctrica,

formando lo que se conoce como un Sistema 0íbrido. (e esto trata entonces de que

los sistemas fotovoltaicos son sistemas fle'ibles ! están sujetos a adaptaciones

requeridas seg2n sea la necesidad de quien lo disponga.

Las principales ventajas detectadas a través del aprovec0amiento de la energía

solar con el uso de sistemas fotovoltaicos son

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• 3o consumen combustible

• Son totalmente silenciosos

• 3o contaminan el medio ambiente

• Son modulares

• 4equieren de un mínimo mantenimiento

4.3.1.- !escripción del Sistema Fotovoltaico

4.3.1.1.- Su"sistema de #aptación

)ompuesto principalmente por los módulos fotovoltaicos, que transforman la

radiación solar en electricidad5 su acción es la equivalente a la de un generador de

)orriente )ontinua $))%, alimentado con lu6 solar.

#élula Solar

7na célula solar también llamada celda fotovoltaica es un dispositivo capa6 de

convertir la energía proveniente de la radiación solar en energía eléctrica. La palabra

fotovoltaica se compone de dos términos Foto8 Lu6, 9oltaica8 "lectricidad.

"'isten tres tipos de celdas5 dependiendo su diferenciación seg2n e l método de

fabricación

Silicio monocristalino: son celdas densamente cristalinas que se obtienen a partir de

barras cilíndricas de silicio :onocristalino producidas en 0ornos especiales. Las

celdas se obtienen por cortado de las barras en forma de obleas cuadradas delgadas

$,+&,; mm de espesor%. Su eficiencia en conversión de lu6 solar en electricidad es

superior al -<.

Las de silicio policristalino: son celdas densamente cristalinas que se obtienen a

partir de bloques de silicio obtenidos por fusión de tro6os de silicio puro en moldes

especiales. "n los moldes, el silicio se enfría lentamente, solidificándose. "n este

proceso, los átomos no se organi6an en un 2nico cristal. Se forma una estructura

policristalina con superficies de separación entre los cristales.

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"stas celdas son menos caras para fabricar ! menos eficientes que las celdas

simples de cristal de silicio. Su eficiencia en conversión de lu6 solar en electricidad es

algo menor a las de silicio :onocristalino.

Las de silicio amorfo (Si-a): son celdas de película delgada que se obtienen

mediante la deposición de capas mu! delgadas de silicio sobre superficies de vidrio o

metal. "l silicio amorfo que es una estructura no cristalina. Su primer uso en

materiales fotovoltaicos fue en =>+, en ==/ el silicio amorfo constitu!ó más del

;< de la producción mundial de celdas fotovoltaicas.

7sado en productos de consumo, el Si &a es la gran promesa para la

construcción de sistemas integrados, su eficiencia en conversión de lu6 solar en

electricidad varía entre un ; ! un ><.

• Factores am"ientales so"re la característica de salida del dispositivo

La salida de los paneles fotovoltaicos depende en gran medida de los factores

ambientales. ?or lo que a continuación se describirá el comportamiento del panel

solar ante estos factores.

Efecto de la intensidad de radiación solar

"l resultado de un cambio en la intensidad de radiación es una variación en la

corriente de salida para cualquier valor de tensión.

Efecto de la temperatura

"l principal efecto provocado por el aumento de la temperatura del módulo, es una

reducción de la tensión en forma directamente proporcional. "'iste un efecto

secundario dado por un peque1o incremento de la corriente para valores bajos de

tensión. "s por ello que para lugares con temperaturas ambientes mu! altas son aptos

módulos que poseen ma!or cantidad de celdas en serie para que los mismos tengan la

suficiente tensión de salida para cargar baterías. La tensión en el punto de má'ima

potencia de salida para una celda es de apro'imadamente ,; volts a pleno sol. La

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corriente que entrega una celda es proporcional a la superficie de la misma ! a la

intensidad de la lu6. "s por ello que para lograr módulos con corrientes de salida

menores se utili6an en su fabricación tercios, cuartos, medios, entre otros, de celdas.

$anel Fotovoltaico

La estructura metálica que contiene un conjunto de celdas solares se denomina ?anel

Fotovoltaico. 7n conjunto de células solares, de iguales características, pueden

conectarse eléctricamente entre sí, bien sea en serie o en paralelo de forma que el

voltaje ! la corriente suministrada por el ?anel se incrementen, 0asta ajustarse al

valor deseado.

Las partes de un ?anel fotovoltaico son

a% #elda Solar dispositivo encargado de transformar la energía solar en

electricidad. b% #u"ierta E%terior de &idrio ma'imi6a la transmisión de la 4adiación Solar.

c% Encapsulante de Silicona o Eva 'Etilen -vinil-acetato( protege al ?anel

ante la continua e'posición al sol, sin alterar las condiciones de 4adiación

incidente.

d% )*mina o $rotección $osterior protege de los agentes meteorológicos.e% +arco +et*lico de aluminio o acero ino%ida"le asegura una suficiente

rigide6 !permite la incorporación de los elementos de sujeción a la estructura

del panel.

f% #a"leado , "ornes de cone%ión transportan la energía ! evitan puntos

calientes.g% rificio de fiación orificio libre de galvani6ado $mejor cone'ión eléctrica%.

Las características especificadas por el fabricante se basan en @rradiación

incidente, A#mB5 "spectro radiante, *: .;5 ! Cemperatura de la célula -;D).

"stas características poseen los mismos parámetros que la celda solar como

?otencia nominal $má'ima o pico%5 Censión nominal, a circuito abierto ! para

má'ima ?otencia5 @ntensidad de cortocircuito ! para el punto de má'ima ?otencia.

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#olocación de los $aneles Fotovoltaicos

7na ve6 conformados los ?aneles, se procede a su instalación sobre el soporte. ?or lo

general, esta operación requiere la intervención de varias personas, seg2n el peso ! la

envergadura de los ?aneles. )uando la estructura está a una altura considerable del

suelo, puede ser necesaria la utili6ación de medios mecánicos como gr2as, poleas,

entre otros, para eli6ado o colocación de los ?aneles. ?ara asegurar una óptima

respuesta del sistema, se recomienda la colocación de los ?aneles en sitios libres de

sombras, intentando de igual manera minimi6ar el impacto visual $integración

arquitectónica%, ! el riesgo de soportar actos vandálicos.

Estructura de soporte de los $aneles Fotovoltaicos

"l óptimo aprovec0amiento de la "nergía Solar, requiere que los elementos

captadores $módulos fotovoltaicos%, dispongan de la inclinación ! la orientación

adecuada, las superficies ocupadas por el n2mero de módulos necesarios dificultad

su integración a edificaciones e'istentes, considerando los efectos perjudiciales que el

sombreado $incluso parcial% de los módulos ejerce sobre la generación, 0aciendo

necesaria la inclusión de una estructura de soporte.

Los Sistemas de Erientación *utomáticos $Cracers% son utili6ados en las

prácticas fotovoltaicas en estructuras tipo mástil, bien sea por método activo o pasivo,

posibilitando el seguimiento solar de una manera más o menos sencilla.

La principal diferencia entre estos métodos $activo ! pasivo%, se encuentra en

que los primeros utili6an parte de la electricidad generada para alimentar al Sistema

"lectromecánico de Seguimiento, mientras que los pasivos emplean la energía solar

no transformada por los paneles principales."s probable que la ubicación de la estructura requiera la determinación Gin situH

de la orientación, es por ello que el instalador debe estar familiari6ado con el manejo

de la br2jula, ! con la visuali6ación del recorrido aparente del sol.

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"n otro sentido, la ejecución civil necesaria ! las soluciones para el anclaje, no

suelen ser e'clusivas de los sistemas fotovoltaicos. (e todas ellas, las más frecuentes

son la cimentación mediante 6apatas de 0ormigón ! la fijación directa mediante tacos

de anclaje.

#one%ión de los +ódulos Fotovoltaicos

?uede efectuarse previa a su fijación en la estructura, o bien con estos !a instalados.

"n cualquier caso, el objetivo principal es preparar eléctricamente el )ampo

fotovoltaico, dejando dispuestos los terminales principales positivos ! negativos, que

identifican el circuito generador fotovoltaico principal.

?ara evitar errores en la cone'ión, sobre todo en configuraciones serie &

paralelo de módulos, se recomienda el uso de planos o esquemas que tengan en

cuenta tanto su disposición final como su cableado5 este 2ltimo se debe reali6ar

siguiendo las indicaciones presentes en las cajas de cone'iones de los módulos.

"n campos fotovoltaico con un n2mero considerable de módulos, las cajas de

cone'iones se utili6an para el cone'ionado en serie5 el cableado en paralelo de las

filas de módulos en serie$usualmente formando paneles%, se reali6a en una caja de

cone'iones principal $distinta a la de cualquier modulo%.La utili6ación de la caja de cone'ión principal facilita el mantenimiento, !a que

se debe ubicaren alg2n lugar de fácil acceso5 en estas cajas se incorporan usualmente

los diodos de bloqueo, los descargadores de tensión, los fusibles, entre otros.

4.3.1./.- Su"sistema de 0egulación

"n este sistema se regula la entrada de energía procedente del campo de captación.

0egulador de #arga

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"s un dispositivo electrónico que tiene la misión de proteger a la batería contra las

sobrecargas ! sobre descargas. *demás, se emplea para proteger a las cargas en

condiciones e'tremas de operación, ! para proporcionar información al usuario.

)on el fin de proteger las baterías contra descargas e'cesivas, el suministro de

electricidad a las cargas debe interrumpirse cuando el voltaje de la batería cae por

debajo de un cierto umbral, llamado Gvoltaje de descone'ión de cargaH. Y no debe

reanudarse 0asta que el voltaje de la batería no 0a!a superado otro umbral más alto,

llamado Gvoltaje de re&cone'ión de cargaH.

"l regulador de carga presenta las siguientes características

Tensión nominal: el valor más com2n es -9, aunque e'isten modelos que permiten

su selección manual o automática en un rango 0abitual entre - ! +I9. Intensidad nominal: define a la corriente procedente del )ampo fotovoltaico que

puede manejar el regulador.

Tipos de regulación: series o paralelos.

Estrategia de regulación: técnicas ! etapas que integran el proceso de regulación de

carga. "'isten reguladores de dos, tres ! cuatro etapas. Los reguladores modernos

basados en microprocesadores, posibilitan la selección del tipo de batería5 el ajuste

de los niveles de tensión5 protección contra inversión de la polaridad ! secuencia de

cone'ión5 duración de las etapas de regulación ! la adquisición de datos,

convirtiéndose en verdaderos gestores ! supervisores del sistema fotovoltaico.

"icación del 0egulador

La principal consideración en la ubicación del regulador, es la longitud del cableado !

del circuito 4egulador&Jatería $por ser el más e'igente en cuanto a caída de la tensión

má'ima admisible%. *sí pues, el regulador debe situarse lo más cerca posible de la

batería. "'isten 4eguladores aptos para su ubicación tanto en el interior como a la

intemperie. "n cualquier caso, se puede alojar al regulador dentro de un armario

especial para el uso en intemperie.

4.3.1.3.- Su"sistema de 2lmacenamiento

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*cumula la energía e'cedente producida por el generador fotovoltaico para luego

utili6arla en momentos de baja o nula insolación.

atería

La batería es el elemento que almacena la energía durante las 0oras en la que 0a!

radiación solar para entregarla durante la noc0e o en días nublados. *demás es un

dispositivo capa6 de transformar energía potencial química en energía eléctrica.

"l tama1o del banco de baterías depende de la distribución de días claros !

nublados correspondientes al lugar de la instalación, siendo su capacidad apro'imada

igual a un valor entre + ! I veces el consumo diario.

La incorporación de Jaterías en un sistema fotovoltaico permite

a% (otar al sistema de una fuente eléctrica independiente de las condiciones de

4adiación Solar e'istente5 así como también dar autonomía al servicio

eléctrico durante los periodos de inactividad de los módulos, mediante el uso

de la energía almacenada.

b% Fijar una tensión de referencia, para establecer en los módulos un punto de

trabajo óptimo, ! estabili6ar su valor para los elementos de consumo.

#aracterísticas de la atería

Los parámetros que caracteri6an a las baterías, son

Tipos: el más utili6ado es el de tipo ?lomo ácido con "lectrolitos líquidos, seguido

del acumulador de plomo ácido con electrolitos gelificados $acumulador sellado% ! el

de 3íquel K )admio $con sus variantes%.

Capacidad: se e'presa en *mperios por 0ora $*0%. (etermina la cantidad de energía

eléctrica que se puede suministrar bajo determinadas condiciones. "l rango comercial

oscila entre ; ! +.*0. 9aría inversamente con la Cemperatura.

Tensión: la Jatería se considera como una fuente de ).). Los valores comerciales se

encuentran en el rango de - a -9, siendo el 2ltimo valor el más usado.

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Estado de Carga: relación porcentual entre la capacidad disponible ! la total.

Profundidad de descarga: relación porcentual entre la capacidad 2til ! la total.

Ciclaje: lprocesos cíclicos de carga ! descarga de la Jatería determinan su vida 2til.

Sin embargo, el fabricante suele especificar el tiempo de vida mediante el n2mero de

ciclos de carga K descarga, a los que la Jatería estará sometida.

"icación de las "aterías

Las baterías deben ubicarse en un lugar cerrado, protegido de la intemperie, evitando

la e'posición directa al sol. )uando se utili6a el tipo electrolitos líquido $no sellados%,

el local o sala de baterías debe disponer de una ventilación adecuada $natural o

for6ada%5 debido a los gases emanados que tengan lugar durante el proceso de carga,

además de otras consideraciones referentes a la seguridad $ausencia de elementos que

puedan producir llamas o c0ispas, entre otros.%.

"n las electrificaciones fotovoltaicas autónomas con acumulación, la capacidad

de almacenamiento necesario puede ser elevada ! por lo tanto, requerir un n2mero de

baterías elevado5 de esta manera, se plantea la necesidad de construcción de una

caseta destinada e'clusivamente a su instalación

Canto los fabricantes de baterías como las grandes empresas instaladoras,suelen disponer de bancadas $de madera o metálicas, simples o en gradillas% !

contenedores especialmente dise1ados para el tipo ! modelo de Jatería utili6ada.

#one%ión de las "aterías

La cone'ión entre baterías debe obedecer a los requerimientos de tensión ! capacidad

de acumulación particulares de cada instalación $serie, paralelo o mi'to%.

Se puede considerar que e'isten dos grupos de baterías5 ambos disponen de bornes aptos para una cone'ión estándar el primero tiene un sistema de cone'ión

propio, especialmente dise1ado para la batería, este grupo se caracteri6a por la

fle'ibilidad de la cone'ión5 caso contrario del segundo $libre mantenimiento% que

presentan una cone'ión rígida, en el que tanto la situación de los acumuladores, como

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la de sus elementos de intercone'ión, están predefinidos ! son 2nicos $o

insustituibles%.

7na ventaja este grupo es la fiabilidad ! facilidad de montaje, !a que es el

fabricante quien aporta la solución práctica de la cone'ión $dise1o ! elementos

cables, pletinas, fundas protectoras ! cables fle'ibles%.

4.3.1.4.- Su"sistema de componentes au%iliares

@nclu!e al cableado, ! a los sistemas de descone'ión ! protección del sistema.

#a"leado de los campos fotovoltaicos

* diferencia de los sistemas de electrificación convencionales, los fotovoltaicos

suelen instalarse de manera imprevista5 motivo por el cual el cableado se reali6a a la

vista, sujeto a muros ! paredes $grapados, con brindas o bajo canaletas%, o enterrados

$bajo tubos%.

"n este tipo de cableado $aéreo%, además de adaptarse a las e'igencias de

intemperie $0umedad ! radiación ultravioleta%, ! al efecto lesivo de gases emanados

por baterías, la instalación debe considerar la estética, evitando tendidos

desordenados ! poco uniformes $abundantes curvas ! direcciones oblicuas%.

La identificación de la polaridad de los conductores ! el terminal al que 0an de

conectarse, es otros aspectos de especial atención5 la técnica ma!ormente

implementada para tal fin, consiste en el empleo de cables de diversos colores, ! el

marcado de sus terminaciones con cintas de distintos colores $principalmente en las

grandes sesiones fabricadas generalmente en color negro%.

!escone%ión de los paneles fotovoltaicos

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Los elementos de descone'ión tienen como función aislar eléctricamente, de forma

manual e intencionada, a los distintos circuitos que componen al sistema fotovoltaico,

con miras a la medición ! a la reparación $mantenimiento%. Su uso es obligatorio,

cuando e'isten tensiones e intensidades fuera del rango de seguridad personal

$0abitual en sistemas fotovoltaicos demedia ! alta potencia%. "stos elementos deben

posibilitar el aislamiento bajo carga, ! estar adecuados al sistema. Se debe dar

especial atención a los circuitos de corriente continua, por la dificultad que ofrece

este tipo de corriente para suprimir arcos eléctricos. Los elementos de descone'ión se

deben instalar en lugares fácilmente accesibles, a ser posible en forma centrali6ada en

un cuadro eléctrico o similar, además de estar provistos de la se1ali6ación adecuada.

$rotección de los paneles fotovoltaicos

Su función es evitar el paso, por cables aparatos ! personas, de corrientes

perjudiciales, reduciendo las posibilidades de incendios ! de c0oques eléctricos.

(eben actuar de forma automática ante situaciones de sobrecarga, corto

circuito, contacto indirecto5 interrumpiendo de forma fiable ! segura el paso de

)orriente por el circuito afectado.

Los elementos de protección usados 0abitualmente en instalacionesfotovoltaicos son además de las puestas a tierra los fusibles magneto térmicos

$Cermo magnéticos%5 diferenciales5 descargadores de corriente de ra!os ! de tensión

$9aristor%.

"n los circuitos de las Jaterías, se debe tomar en cuenta el posible incremento

de las corrientes de corto circuito, pudiendo alcan6ar valores e'tremadamente

elevados5 de allí que la utili6ación de elementos de protección sin la capacidad de

corte apropiada pueda provocar la aparición de arcos eléctricos ! originar

e'plosiones.

$uesta a tierra de los sistemas fotovoltaicos

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"s uno de los aspectos más importantes de la @nstalación Fotovoltaica, que 0a

establecerse durante la fase de dise1o.

)onsiste en la unión eléctrica de las distintas masas metálicas, ! de éstas con

tierra. Efrecen protección contra tormentas, evitando que la tensión entre las masas

metálicas $! entre esta tierra%, posibiliten la acumulación de cargas electroestáticas de

origen atmosférico.

La puesta a tierra del campo fotovoltaico, abarca tanto al marco metálico de los

módulos como a la estructura. Su anclaje no puede considerarse una protección

efica6, !a que el tratamiento superficial de los elementos dificulta una cone'ión

confiable, por tal motivo los módulos suelen disponer de un orificio para la ubicación

del conductor de tierra."l conductor de tierra de los módulos debe unir eléctricamente a todos los

marcos entre sí, ! a estos con la estructura5 el conductor a usar debe ser desnudo

adicionando un electrodo de tierra $generalmente tipo pica%, es recomendable que

estas cone'iones se efect2en mediante terminales que permita su descone'ión, sin

interrumpir el tendido de tierra.

)uando la distancia entre el campo fotovoltaico ! el resto de la instalación no es

considerable, la puesta a tierra de protección del campo fotovoltaico puede servir a

todo el sistema.

ierra de servicio de los sistemas fotovoltaicos

)onsiste en la unión eléctrica entre un conductor activo o central, ! tierra.

En el lado de Corriente continua

"stablece una tensión de referencia, que permite el buen funcionamiento de algunos

aparatos electrónicos $como el inversor% o de algunos sistemas $como los de

telecomunicaciones%.

(e igual manera, ofrece una protección efica6 contra contactos indirectos,

posibilitando la detección práctica de fallas, poniendo a tierra tanto a las masas

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metálicas como a los conductores de una misma polaridad. (e esta forma, se

establece un circuito eléctrico por el que circula la posible corriente de defecto ! evita

en c0oque eléctrico.

"l elemento sensor de esta corriente de defecto, se coloca entre los bornes de

los conductores de puesta a tierra ! el de los conductores de protección, estando este

2ltimo conectado a la línea principal de tierra.

Se debe prestar atención al empleo de reguladores con interruptores sobre la

línea negativa. Si el conductor negativo esta puesto a tierra $caso com2n%, el control

de corriente efectuado por el regulador, supone la interrupción temporal del tendido

deservicio.

En el lado de alterna.

La protección contra contactos indirectos en una instalación fotovoltaicos, para el

cableado de alterna, puede reali6arse asegurando la protección mediante interruptores

diferencial eso controladores permanentes de aislamiento.

"n cualquier caso la puesta a tierra de las masas metálicas puede coincidir con

la correspondiente del lado de continua.

La ma!or parte de los inversores disponen de una separación galvánica entre

los lados de continua ! alterna $instalaciones conectadas a la red%. ?ara mantener esta

separación galvánica, la puesta a tierra del neutro se reali6a en un punto 2nico

independientemente de la puesta a tierra de servicio en continua.

4.3.1.5.- Su"sistema de 2daptación de #orriente

)onvierte la ?otencia continua proveniente del generador fotovoltaico en ?otencia

alterna mediante un Endulador $@nversor%.

6nversor

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Los convertidores de corriente, denominados inversores u onduladores, permiten

producir una tensión alterna de frecuencia variable a partir de una fuente de tensión

continua.

Las )aracterísticas del @nversor son

Tensión ominal: tensión que se debe aplicar a los terminales de entrada.

Potencia ominal: potencia que puede suministrar el @nversor de forma continua. Su

rango comercial oscila entre los ! los ;. att.

Capacidad de So!recarga: capacidad del inversor para suministrar una potencia

superior a la nominal, ! el tiempo que puede mantener esa situación.

"orma de #nda: se1al alterna en los terminales de salida, caracteri6ada

principalmente por su forma !, por sus valores de tensión $efica6% ! frecuencia. Eficiencia o $endimiento: relación porcentual entre la potencia de salida ! la de

entrada al @nversor. Su valor depende de las condiciones de operación, es decir, de la

potencia total de los aparatos alimentados, en relación a su consumo nominal.

Los @nversores modernos para uso fotovoltaico presentes en el mercado cuentan

con protección contra sobrecargas, cortocircuito e inversión de la polaridad5

estabilidad de la tensión de salida5 arranque automático5 Se1ali6ación de

funcionamiento ! estado.

#lases de 6nversores

Los @nversores de uso fotovoltaicos, se clasifican generalmente atendiendo dos

criterios Su aplicación ! su forma de onda.

In%ersores seg&n su 'plicación

6nversores 2utónomos utili6ados en los sistemas autónomos $aislados de la

red%."ntre las variantes de este tipo de @nversores destacan

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"ntrada de batería es el más com2n, en el que la entrada del inversor se conecta

2nica ! directamente a la Jatería. Suelen estar provistos de protección contra

sobrecarga de la Jatería $línea de consumo no controlado por el 4egulador%.

"ntradas de Jatería ! campo fotovoltaico inclu!e un 4egulador de carga que

posibilita la cone'ión directa del campo fotovoltaico, ! 0ace innecesario el uso de

reguladores e'ternos.

"ntradas de Jatería ! Menerador au'iliar $4ed e'terna% permite la cone'ión

directa de un grupo electrógeno au'iliar, o de la propia red5 posibilitando la carga de

las Jaterías mediante fuentes distintas a la solar $función de cargador%, ! su

alimentación directa del consumo $función generador%.

Salida alterna ! continua 0a! inversores que disponen de doble salida, alterna !

continua, dise1ados especialmente para su utili6ación en sistemas que precisan estos

dos tipos de alimentación.

6nversores de #one%ión a 0ed son los utili6ados en los sistemas fotovoltaicos

conectados a la red eléctrica. "ste tipo de @nversor debe disponer de unas

características ! cumplir unos requisitos reglamentarios específicos.

In%ersor seg&n su "orma de #nda

!e nda #uadrada características de algunos @nversores económicos de baja

potencia, aptos para la alimentación e'clusiva de aparatos resistivos puros, como

elementos de iluminación ! otros.

!e nda #uadrada +odulada inversores de baja potencia, pero con un

espectro de elementos de consumo más amplio que el tipo anterior, inclu!e

alumbrado, peque1os motores ! equipos electrónicos no mu! sensibles a la

alimentación.

!e nda Senoidal $ura este tipo de @nversor proporciona una forma de onda a

su salida prácticamente idéntica a la aportada por la red eléctrica, permitiendo así la

alimentación de cualquier aparato de consumo o en otro caso la cone'ión a la red.

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!e nda Senoidal +odificada 'rape7oidal( intermedio de los dos

anteriores, permite ampliar el espectro de elementos de consumo ! de potencia,

limitado en el de onda cuadrada modulada.

"icación del 6nversor

"l aspecto más importante a considerar a la 0ora de ubicar al @nversor, en una

instalación fotovoltaica, es la longitud del cableado en el circuito de Jatería &

@nversor, o campo fotovoltaico & @nversor de red, ambos caracteri6ados por ser las

líneas que maneja más intensidad de corriente.

*sí que al igual que sucede con el 4egulador $a efecto de caída de tensión

má'ima admisible%,el @nversor debe situarse lo más cerca posible de las Jaterías ! del

)ampo fotovoltaico $respetando las separaciones de seguridad%, seg2n se trate de unSistema aislado o conectado a la red respectivamente.

La ma!oría de los @nversores autónomos especifican su uso en interior, siendo

el uso en intemperie una característica casi e'clusiva de los @nversores de red

$peque1a ! mediana potencia%. "n cualquier caso, al igual que con el 4egulador,

puede colocarse al @nversor, dentro de una caja o armario especial para su uso en

intemperie.

#one%ión del 6nversor

La cone'ión del @nversor es una operación mu! sencilla, dado que el fabricante

suministra la información requerida, tanto en el aparato como en su manual de

instrucciones.

7n @nversor dispone, generalmente, de dos terminales de entrada continua para

la cone'ión de la Jatería $o 4egulador% o del campo Fotovoltaico $seg2n el tipo de

inversor%, ! dos o tres terminales de salida alterna $fase, neutro, tierra% para la

cone'ión del circuito de consumo en alterna o de la red e'terna.

(eben dimensionarse seg2n los vatios de ?otencia eléctrica que podrá

suministrar, durante su funcionamiento normal o de forma continua, ó mediante la

potencia de arranque.

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La eficiencia de los @nversores disminu!e cuando se utili6a a un porcentaje bajo

de su capacidad5 por esta ra6ón no es conveniente sobredimensionarlos, deben ser

elegidos con una potencia lo más cercana posible a la de consumo.

*lgunos @nversores pueden suministrar más de su capacidad nominal durante

períodos cortos de tiempo, lo cual es importante cuando se utili6an motores u otras

cargas que requieren de - a> veces más potencia para arrancar que para permanecer

en marc0a $motores de inducción, lámparas de gran potencia%.

4.3./.- Equipos Seleccionados para el sistema Fotovoltaico

?ara reali6ar la selección del equipo, ! para efectos de esta investigación, fueron

consideradas las descripciones de vivienda descritas en la siguiente tabla +.>

a"la 4.8 !escripción de la vivienda estudio

!escripción #antidad

Sala )omedor 7no $%

Sala de 4ecepción 7no $%

)ocina 7no $%

)uartos Cres $N%

Ja1os (os $-%Maraje 7no $%

Fuente "laboración ?ropia $-/%

(e acuerdo a lo mostrado en el *ne'o J, se logró determinar el consumo

esperado de energía eléctrica, dadas las condiciones de la vivienda mostradas en la

tabla +.-, quedando e'puestas de la siguiente forma en la tabla +.I, de acuerdo a la

cantidad de equipos utili6ados.

a"la 4.9 !escripción del consumo de energía eléctrica para una vivienda estudio

!escripción del equipo #antidad#onsumo +ensual

':;<mes(

otal

consumo

*ire acondicionado ventana -/N.N -/N.N

*ire acondicionado Split NI.N NI.N

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a"la 4.9 #ontinuación

!escripción del equipo #antidad#onsumo +ensual

':;<mes(

otal

consumo

3evera entre ; ! - pies -+.N -+.N

)afetera N. N.

Licuadora -./ -./

?lanc0a de ropa >-. >-.

Secador de pelo N.= N.=

)omputadora ?) =. =.

)omputadora Laptop =. =.

4eproductor )(#(9( .- .-

"quipo de sonido -I.I -I.I

@mpresora .I .I

Celevisor + K - pulgadas I. I.

Celevisor N- K +- pulgadas N.; N.;Jombillos / K atts I I. ++.

Jomba de agua N.I N.I

-+.;Fuente "laboración ?ropia $-/%

Seg2n los datos obtenidos una vivienda pudiera llegar a consumir en un mes

apro'imadamente -+.; OA, lo que llevaría a optar por seleccionar el panel descrito

en la tabla +.= el cual arroja los mejores resultados de conversión de lu6 solar con una

eficiencia ma!or al -<,! se describen a continuación en la tabla +. suscaracterísticas principales

a"la 4.= $anel Seleccionado del Sistema Fotovoltaico

+odelo>o. de

parte;atts 2mps &olts $eso

$recio

'S!(

Suniva$33?

-8/-4-1?? $allet

'//( of Solar

$anels

;-+;- >-/A I.>I* N>./9() --.+lbs @.=3?A??

Fuente 0ttp##.0olesalesolar.comP)onsultado - de febrero de -/Q

76

http://var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/http:%2F%2Fwww.wholesalesolar.com%5BConsultado






a"la 4.1? #aracterísticas $rincipales del $anel Seleccionado

!atos #aracterísticos

Fa"ricante Suniva

ipo de panel :onocristalino

ipo de celda solar )eldas *4CisunSelect de alta eficiencia, con opciones deN ! ; barras colectoras disponibles

Estructura *leación de aluminio anodi6ado plateado

&idrio 4ecubrimiento antirreflejo $de acero bajo% templado

#aa de cone%iones )alificación 3":* tipo @?/>5 / diodos de derivación

internos

#a"le , conectores - *AM $+mm-% ?9 cable con m2ltiples opciones de

conectores disponibles5 longitud del cable N mm

0esistencia a las

tormentas<carga

est*tica

?robado conforme a @") /-; para cargas de -+ ?a5

resistente al grani6o ! al viento.

!atos Eléctricos+ódulo de Eficiencia 'B( /.=-

&oltae en punto de potencia m*%imo '&mp( N>,/ 9

#orriente en punto de potencia m*%imo '6mp( I,>I *

&oltae de #ircuito 2"ierto '&oc( +;,= 9

#orriente de cortocircuito '6sc( =,;+ *

#omponentes +ec*nicos

>Cmero de celdas >- $/ ' -%

!imensiones del módulo => ' == mm

Espesor del módulo 'profundidad( NI mm

$eso apro%imado -N g

#oeficiente de emperatura&oltae R, 9oc $<#D)% &,NN;

#orriente ,@sc $<#D)% T,+>

$otencia U, ?ma' $<#D)% &,+-

$romedio de la temperatura

operativa nominal de las celdas

'>#(

$T#& - D)% +/,

Fuente :anual de @nstalación Suniva :ódulos Solres:onocristalinos

4.3./.1.- #antidad de $aneles

?ara una potencia transmitida de >-/ A ! un requerimiento de -+,; A#mes es

necesario instalar un total de / paneles de acuerdo a la ecuación siguiente

77



n= Consumoesperado

Distribución esperada "c +.

Consumoesperado=1214,50 kW /

mes30días /mes

Consumoesperado=40,48kw /dias

Distribuciónesperada=7,260 kW /dias

n=40,48 kW /dias

7,260 kW /

dias

n=5,76≈6 paneles

4.3././.- #antidad de aterías

!atos requeridos

)arga (eterminada -+,; A

"ficiencia del @nversor =<

9oltaje del sistema -+9

*utonomía de las baterías $*b% -0

Límite de descarga del sistema $L(S% I<

*mperaje&0oras $*0% -- *0

#arga esperada

Cargaesperada= Cargadeterminada

Eficienciadelinversor "c +.-

78



Cargaesperada=1214,50

0,90

Cargaesperada=1349,44 kW

$romedio 2mperae horas día '$2D!(

PAHD= Cargaesperada

Voltaedel !istema

PAHD=1349,44 kW

24V

PAHD=56,22 Amps

#antidad de aterías en $aralelo

C"P= PAHD#Ab

$D!#A%

C"P=56,22 # 12

0,80 # 220

C"P=3,83≈4baterias en paralelo

#antidad de aterías en Serie

C"!=Voltaedel sistema

Voltaede "aterias

C"!=24

6

79



C"!=4bateriasen serie

otal de "aterías en el sistema

nb=C"P#C"!

nb=4 # 4≈16baterias enbanco

"n la siguiente tabla +. se describe la batería seleccionada para las

especificaciones dadas

a"la 4.11 atería Seleccionada para el Sistema Fotovoltaico

+odelo>o. de

parte&oltae 2mps

6ndependenci

a$eso

$recio

'S!(

#ron

@#0&//?2+atter,==/ /9 --*0 - 0oras // lbs //=A??

Fuente 0ttp##.0olesalesolar.comP)onsultado - de febrero de -/Q

Y posteriormente en la tabla +.- se muestra las especificaciones técnicas

correspondientes a la batería seleccionada.

a"la 4.1/ #aracterísticas $rincipales de la "atería seleccionada

!atos #aracterísticos

Fa"ricante )ron

ipo de "atería ?lomo ácido con electrolitos líquidos

#apacidad -- *0

ensión )) de -9

Estado de #arga I<

$rofundidad de descarga /<

#iclae A0#a1oFuente 0ttp##.0olesalesolar.comP)onsultado - de febrero de -/Q

4.3./.3.- Selección del 6nversor

80











(e acuerdo a las especificaciones del sistema, se requiere del uso de un inversor de

corriente5 específicamente, fue seleccionado el A0istler ?ro K -A. Sus

características se muestran en la tabla +.N

a"la 4.13 #aracterísticas $rincipales del 6nversor Seleccionado

;histler $ro-1/??;

+arca A0istler

+odelo ?ro&-A

Frecuencia / V6

Eficiencia =<

;atts de salida - Aatts

#apacidad de salida continua - Aatts&oltae nominal de salida =9 K -9

$rotección contra so"recarga I *mp

#arga continua completa ,I *mp

#ompati"ilidad de &oltae &;T.; 9olts ()

!imensiones de la unidad

'2l % 2n % $r<cm(I,I; ' I,; ' --,-;

$eso de la unidad +.; lbs Fuente .energialt.com Pconsultado - de febrero de -/Q

81

http://www.energialt.com/

http://www.energialt.com/

calculo para sistema fotovoltaico

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