manual erensol fv

7/21/2019 Manual ERENsol FV

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Manual de Ayuda del Programa Octubre de 2007 Pg. 1 de 12

MANUAL DE AYUDA DEL PROGRAMA DE CLCULO BSICO DEINSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS AISLADAS

1.- INTRODUCCIN

La entrada en vigor del Real Decreto 314/2006, de 17 de Marzo, por el que se aprueba elCdigo Tcnico de la Edificacin (CTE), establece que ciertos edificios destinados a

determinados usos incorporarn sistemas de captacin y transformacin de energa solar por

procedimientos fotovoltaicos cuando superen los siguientes lmites:

Tipo de uso Lmite de aplicacinHipermercado 5.000 m

2construidos

Multitienda y centros de ocio 3.000 m2construidos

Nave de almacenamiento 10.000 m2construidos

Administrativos 4.000 m2construidos

Hoteles y hostales 100 plazas

Hospitales y clinicas 100 camasPabellones de recintos feriales 10.000 m

2construidos

.

Por otro lado, hay que considerar que la gran extensin territorial de la Comunidad Autnoma

de Castilla y Len, hace muy difcil que las infraestructuras elctricas convencionales lleguena todos los rincones de la misma, erigindose los sistemas solares fotovoltaicos para

autoabastecimiento como una forma eficaz, limpia y respetuosa con el medio ambiente, de

generar energa all donde no llega el abastecimiento convencional.

El presente programa de clculo se ha desarrollado con el fin de proporcionar a promotores,

constructores, arquitectos, ingenieras, proyectistas, instaladores, tcnicos de lasadministraciones, administradores de fincas y a los propios usuarios una herramienta bsica de

dimensionado y comprobacin del funcionamiento de instalaciones solares fotovoltaicas para

autoconsumo de energa elctrica.

2.- CARACTERSTICAS DEL PROGRAMA

Este programa se ha desarrollado con el fin de permitir el dimensionado de los componentes

de una instalacin solar fotovoltaica que garantice el suministro de energa elctrica de los

consumos a los que abastece.

El procedimiento bsico de dimensionado se divide en tres partes fundamentales:


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Estimacin de la demanda de energa: El programa permite la introduccin de losvalores de demanda de energa elctrica, si estos son conocidos, o gua al usuario en laestimacin, si son desconocidos.

Evaluacin de la energa solar disponible, utilizando los datos climatolgicos para

distintas provincias y localidades de Castilla y Len.

A partir de dichos datos, el programa determina la potencia del campo generador fotovoltaico

y del resto de los equipos de la instalacin solar. El clculo de la instalacin vendr dado porla relacin entre la demanda de energa del sistema y la energa que puede aportar el sol.

El mtodo de clculo especifica, para cada mes, los valores medios de:

Demanda energtica

Potencia (W)Tiempo de

uso

Descripcin CA CC (hora/dia)

Iluminacin de dormitorio 20 13 1

Iluminacin de cuarto de bao 20 13 2

Iluminacin cocina 20 13 3

Iluminacin saln 40 13 7

Lavadora 1600 0,5

Lavadora en fro 300 0,2

Lavavajillas 1600 1

Frigorifico 100 24

Microondas 850 1

Vitrocermica 3000 1

Plancha 1500 1

Aspirador 1500 0,5

Pequeos electrodomsticos 300 1

Televisor 45-90 4

Equipo Hi-Fi 150 1

Video 90 1

Ordenador 100 1


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Aportacin del sistema solar Rendimiento de la instalacin

Asimismo, especifica las prestaciones globales anuales y proporciona la demanda de energa

anual, la energa solar aportada total anual y la aportacin renovable media anual (%).

3.- MTODO DE CLCULO

3.1.- Evaluacin de la demanda energtica

La demanda elctrica media total diaria vendr dada por la suma de los consumos mediosdiarios de corriente alterna y continua, para cada mes del ao, teniendo en cuenta los

rendimientos tanto del regulador como del inversor, por lo tanto:

+=

invregreg

EacEccEd

donde:

Ed = Consumo elctrico medio diario total (en Wh/da).

Ecc = Consumo elctrico medio diario en corriente continua (en Wh/da).

Eac = Consumo elctrico medio diario en corriente alterna (en Wh/da).

reg= Rendimiento del regulador en tanto por uno. Se estima un valor medio de 0,98.inv= Rendimiento del inversor en tanto por uno. El rendimiento mnimo del inversorvariar entre 0,7 y 0,85, en funcin del tipo de inversor y carga a la que est trabajando.

En el caso de que los consumos medios diarios se desconozcan, habrn de ser estimados:

El consumo elctrico medio diario en corriente continua vendr dado por la siguienteexpresin:

=i

iii hPccnEcc

donde:

Ecc = consumo medio diario de energa en corriente continua, en Wh/da.

ni = nmero de unidades del equipo i.Pcci= potencia del equipo i de corriente continua, en W.


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hi= horas de utilizacin diaria del equipo i.

El consumo elctrico medio diario en corriente alterna vendr dado por la siguienteexpresin:

=i

iii hPcanEca

donde:

Eca = consumo medio diario de energa en corriente alterna, en Wh/da.ni = nmero de unidades del equipo i.

Pcai = potencia del equipo i de corriente alterna, en W.

hi = horas de utilizacin diaria del equipo i.

El consumo elctrico medio de un equipo de bombeo en una instalacin fotovoltaicapara bombeo directo se define como la energa necesaria para desplazar el volumendiario de agua requerido (V) hasta cierta altura (h), y viene dado por la siguiente

expresin:

ghVE =3.600

= 2,725hV

donde:

E = la energa diaria necesaria para el bombeo (Wh/da), bien en corrientecontinua (equivalente a Ecc) o en corriente alterna (equivalente a Eca)

= Densidad del agua en kg/litro, con un valor aproximado a la unidad.g = Aceleracin de la gravedad, 9,8 m/s

2.

h = Es la diferencia de altura, en metros, entre el nivel de descarga de la tuberade impulsin en el depsito y el nivel esttico del agua del pozo. Se han

considerado despreciables las prdidas por friccin en las tuberas y la variacin

del nivel dinmico del agua durante el bombeo.V = Volumen diario de agua a bombear en m

3.

La potencia mnima de la bomba en sistemas fotovoltaicos para bombeo directo,conociendo las horas diarias de funcionamiento de la bomba (t en horas), viene dada

por la expresin siguiente:

P 2,725hVPe =

=t

donde:


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P = Potencia mecnica necesaria de la bomba.

= Eficiencia de la bomba.h = Diferencia de altura, en metros, entre el nivel de descarga de la tubera deimpulsin en el deposito y el nivel esttico del agua del pozo.

V = volumen diario de agua a bombear en m3.

t = horas de sol pico del mes de clculo para la inclinacin y orientacinseleccionadas.

As pues, la demanda elctrica total anual se calcular segn la siguiente expresin:

=Diciembre

Enero

mesmesanual NEd1000

1Ed

siendo:

Edanual = Consumo elctrico total anual (en kWh).

Edmes= Consumo elctrico medio diario de cada mes (en Wh/da), calculado segn lafrmula anterior.

Nmes

= Nmero de das de cada mes del ao.

3.2.- Evaluacin del aporte solar

Para evaluar la energa solar aportada es necesario conocer la radiacin solar incidente por m2

de mdulo fotovoltaico, segn su orientacin y ngulo de inclinacin respecto a la horizontal

en el que vaya a ser instalado.

La orientacin ha de ser hacia el sur, al maximizar el computo de la radiacin solar anual. Esta

orientacin podr variarse por causas especiales como la existencia de sombras, falta de

espacio o integracin arquitectnica.

Se considera, como norma general, que la inclinacin del panel ha de coincidir con la latitud

del lugar, si bien la inclinacin ms idnea depende de las condiciones de utilizacin de la

instalacin, pudiendo darse los siguientes casos:

Utilizacin en invierno: 10 mayor que la latitud. Utilizacin uniforme a lo largo del ao: igual que la latitud. Utilizacin en verano: 10 menor que la latitud.

3.3.- Calculo de la instalacin fotovoltaica aislada


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Con los datos obtenidos en los apartados anteriores, se conoce para cada mes las necesidadesenergticas y la energa disponible por aporte solar de la instalacin solar.

Como la cobertura energtica, en principio, debe quedar garantizada durante el periodo deutilizacin de la instalacin, aquel en el que existe consumo elctrico, es necesario tomar

como base de clculo de la instalacin el mes ms desfavorable de dicho periodo.

Se entiende como mes ms desfavorable del ao, aquel en que el cociente entre la energa

disponible por aporte solar y las necesidades de energa alcance el valor ms pequeo, siempre

y cuando exista consumo de energa.

Para la obtencin del mes ms desfavorable, se calcula para cada mes del periodo de

utilizacin de la instalacin, el cociente entre el consumo de energa (Ed) y la energadisponible (radiacin solar media diaria sobre el plano del captador). La instalacin se

dimensionar para el mes en que este cociente resulte ms alto.

Determinacin de la potencia pico del campo generador fotovoltaico.

La potencia pico del campo fotovoltaico se establecer como el consumo elctrico medio total

diario y la cobertura de la instalacin solar prevista, partido por el producto de las horas de solpico y el rendimiento medio del mdulo, tomando en consideracin que estos valorescorrespondern a los del mes de clculo anteriormente determinado.

La expresin matemtica se correspondera con:

Ed Ppgenerador = mdulo HPS 100

donde:

Ppgenerador = Potencia pico del campo generador en Condiciones Estndar de Medida(CEM), en Wp.

mdulo = Rendimiento medio del mdulo fotovoltaico. Se puede tomar un valor de0,85.

HPS = Horas Pico Solar para un ngulo de inclinacin , para el mes de clculodeterminado anteriormente.

Ed = Energa media diaria consumida en Wh/m2da en el mes de clculo.

= Cobertura de la instalacin solar en tanto por ciento: como en estas instalaciones seintenta cubrir toda la demanda, la cobertura debera ser del 100%. Sin embargo, porcuestiones de seguridad en el suministro dicho valor puede incrementarse en un 20%.

Por otro lado, existen situaciones en las que la utilizacin de otros equipos de


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generacin de energa (generadores diesel, aerogeneradores, etc.), permiten reducir el

valor de la cobertura de la instalacin solar.

Se elegir el nmero de paneles fotovoltaicos, de acuerdo con su potencia pico y voltaje detrabajo, dependiente del regulador e inversor seleccionados, necesarios para proporcionar la

potencia calculada del campo de paneles, redondendose el resultado del clculo anterior al

nmero de mdulos inmediatamente superior.

En cuanto al conexionado de los mdulos que forman el campo de generacin fotovoltaico,

estos se agrupan en ramas, dentro de las cuales los mdulos se conectan en serie paraconseguir la tensin nominal del campo fotovoltaico. Por otra parte, las ramas se agrupan en

paralelo para formar el campo generador.

El clculo del nmero de mdulos fotovoltaicos en serie (N mdulos / rama fv) que

componen cada rama, viene dado por la expresin:

VnN mdulos / rama fv = Vnmdulo

donde:

Vn = Tensin nominal del campo fotovoltaico en VoltiosVn mdulo= Tensin nominal de los mdulos fotovoltaicos en Voltios.

El nmero de ramas fotovoltaicas que se conectan en paralelo (N ramas fv) se calcular conuna de las siguientes expresiones segn el caso:

Caso 1: La tensin nominal del campo generador fotovoltaico es igual a la tensinnominal de mdulo fotovoltaico:

1Pp

PpenteraPartefvramasN

mdulo

generador +

=

Caso 2: La tensin nominal del campo generador fotovoltaico es mayor que la tensinnominal del mdulo fotovoltaico:

Si

mduloPp

generadorPp es mltiplo entero de

mduloVn

Vn, el nmero de ramas

fotovoltaicas viene dado por la expresin:


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=

panel

mdulo

generador

Vn

Vn

Pp

Pp

enteraPartefvramasN

Si

mdulo

generador

Pp

Pp no es mltiplo entero de

mduloVn

Vn:

1

Vn

Vn

Pp

Pp

enteraPartefvramasN

panel

mdulo

generador

+

=

donde:

Ppgenerador= Potencia pico del campo de mdulos fotovoltaicos en Wp.

Ppmdulo = Potencia pico del mdulo fotovoltaico en Wp en CondicionesEstndar de Medida, segn datos del fabricante.

Vn = Tensin nominal del campo fotovoltaico en Voltios

Vnmdulo= Tensin nominal de los mdulos fotovoltaicos en Voltios.

El nmero de mdulos fotovoltaicos, de acuerdo con su potencia pico y voltaje de trabajo,

necesarios para proporcionar la potencia pico calculada del campo de mdulos, se realiza

multiplicando el nmero de ramas del campo fotovoltaico de generacin y el nmero demdulos por rama, segn la expresin:

fvramasNfvrama/mdulosNmdulosN =

donde:

N mdulos / rama fv = Nmero de mdulos fotovoltaicos en serie quecomponen cada rama del campo fotovoltaico.

N ramas fv = nmero de ramas que se conectan en paralelo.

Por lo tanto la potencia pico del campo de generacin fotovoltaico se obtiene como el

producto del nmero de mdulos del campo fotovoltaico y la potencia pico del mdulofotovoltaico seleccionado segn la expresin:

Ppgenerador final =N de mdulos * Ppmdulo


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Determinacin de la capacidad de acumulacin.

La capacidad nominal del campo de bateras, referida a C100, se obtendr como el producto de

los das de autonoma seleccionados y el consumo total diario (del mes de clculo) mayoradoen un 10 %, dividido por el voltaje del regulador y la profundidad de descarga mxima de la

batera.

Matemticamente dicha expresin se corresponderia con:

1,1 Ed ACtotal = Pdmax Vn(Ah)

donde:

Ctotal= Capacidad nominal del campo de bateras referida a C100, en Ah.Ed = Consumo medio total diario del mes de clculo en Wh/da.

A = Autonoma de la instalacin solar en das.

Pdmax = Mxima profundidad de descarga permitida, en tanto por uno.Vn = Tensin nominal del campo fotovoltaico, en voltios.

El nmero de bateras del sistema de acumulacin vendr dado por la relacin entre lacapacidad nominal total de sistema de acumulacin y la capacidad nominal C100de la batera o

elemento seleccionado (en el caso de seleccionar bateras formadas por elementos), segn la

expresin:

CtotalN Bateras = C100

donde:

N de bateras = Nmero de bateras en paralelo del sistema de acumulacin.

Ctotal= Capacidad total del sistema de acumulacin de la instalacin solar fotovoltaicaaislada.C100= Capacidad nominal a C100de la batera o elemento de batera seleccionado.

El nmero de elementos que componen una batera se obtiene mediante la expresin:

VnN elementos / bateras =

Vnbatera

donde:


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Vn = Tensin nominal de la instalacin en Voltios

Vnbatera= Tensin nominal del elemento en Voltios

Se ha de resear que en el caso de bateras monoblock los elementos suelen de 12V, es decir,

la propia batera se puede considerar como un elemento. En el caso de bateras estacionarias,los elementos pueden ser de 2, 6 o 12 voltios, siendo lo ms habitual que dichos elementos

sean de 2 V.

Determinacin de las caractersticas del sistema de regulacin.

Para un regulador de intensidad dada, el mximo nmero de ramas por regulador se obtienemediante la expresin:

=

mdulo

regulador

Im

IenteraParteregulador/ramasN

donde:

N ramas / regulador = mximo nmero de ramas del campo fotovoltaico conectadas alregulador seleccionado.

Iregulador= intensidad nominal del regulador.Immdulo = intensidad en el punto de mxima potencia del mdulo fotovoltaicoseleccionado.

As pues, el nmero de reguladores necesarios en la instalacin fotovoltaica vendr dada por laexpresin:

1N

NenteraPartesreguladoredeN

regulador/ramas

fvramas +

=

donde:

N de reguladores = nmero de reguladores de la instalacin solar fotovoltaica

N ramas fv = Nmero de ramas del campo fotovoltaico.

N ramas/regulador = Nmero mximo de ramas conectado a cada regulador.

El clculo del nmero de inversores de la instalacin fotovoltaica aislada viene determinado

por la mxima potencia simultanea demandada , de forma que el nmero de inversores vendrdado por la expresin:


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1inversornominalPotencia

demandadasimultneapotenciaMximaenteraParteinversoresdeN +

=

donde:

N de inversores = Nmero de inversores necesarios en la instalacin solar fotovoltaica

Mxima potencia simultnea demandada = demanda mxima de potencia, en vatios, de

la instalacin de consumo.

4.- APLICACIONES

El presente programa se ha desarrollado para dimensionar los componentes de una instalacin

fotovoltaica para autoconsumo y ayudar al usuario a comprobar el funcionamiento de su

instalacin solar fotovoltaica.

Sin embargo, se ha de considerar que el buen funcionamiento de una instalacin de estas

caractersticas est determinada por la eleccin de los componentes que mejor se adapten a lascaractersticas de generacin y del consumo elctrico.

Es importante considerar que si la demanda de energa elctrica de la instalacin se concentraen determinados periodos temporales (fines de semana, verano, etc..), el generador

fotovoltaico y el sistema de acumulacin ms apropiados seran mayores o menores que los

valores considerados como ptimos por el programa. Por ejemplo, cuando el consumo se

concentra en periodos como fines de semana, el generador fotovoltaico puede ser menor(durante el resto de la semana se producira lo que se va a consumir en esos das) y el sistema

de acumulacin mayor (acumulamos la mayor cantidad posible de la energa generada en el

periodo sin consumo) que el considerado como ms apropiado.

As, el sistema de acumulacin en instalaciones fotovoltaicas aisladas cumple una doble

misin: por un lado, permite salvar el desfase diario entre la generacin (durante el da) y elconsumo (por ejemplo, en iluminacin nocturna) y por otro proporciona una autonoma (das)

que permita disponer de electricidad an sin existir generacin solar.

Por todo ello, el usuario de una instalacin de este tipo debe tener presente que la cantidad de

energa diaria que puede generar es finita y equivale al consumo de diseo para ese da. Por

tanto, si se consume ms energa que aquella para la que se dimension la instalacin, elgenerador fotovoltaico no ser capaz de proporcionar la energa demandada, reducindose la

almacenada en el sistema de acumulacin de tal forma que, de persistir esta situacin, se corte

el suministro de energa.


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Especial cuidado ha de tenerse en la eleccin del equipo inversor. Dicho equipo, es el que nos

transforma la energa elctrica en corriente continua generada en el campo fotovoltaico yalmacenada en las bateras, en corriente elctrica en corriente alterna, que es la que

comnmente utilizamos.

De la calidad con que este equipo genere dicha corriente alterna (tipo de onda, distorsin

armnica, estabilidad de la tensin de salida, etc.) depende el correcto funcionamiento de la

mayor parte de los aparatos de consumo habituales.

Como ejemplo, se puede indicar que para aplicaciones tales como iluminacin pueden valer

inversores de onda senoidal modificada o incluso de onda cuadrada. Sin embargo, unordenador alimentado mediante un inversor de este tipo, cuando menos, tendr un mal

funcionamiento o se estropear.

Todo ello, unido al exacto conocimiento por parte del usuario de las prestaciones energticas

de la instalacin fotovoltaica y a las tareas de mantenimiento, har que la instalacin funcione

correctamente durante muchos aos.

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