re 10 lab 119 energia solar

GUIAS DE PRÁCTICA PETROLEO

Código de registro: RE-10-LAB-119 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE

LABORATORIO DE ENERGÍA SOLAR

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Práctica No. 1

MAQUINAS ELECTRICAS ESTÁTICAS (INVERSOR)

1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO.-

Las maquinas eléctricas estáticas son aquellas donde no existe nada en movimiento, solo flujo magnético e inducción magnética para conformar un circuito magnético con la cooperación de hierro y entrehierro. Cuando se conecta con una tensión eléctrica dicha maquina se produce una tensión inducida de diferente característica en sus bornes de salida. Este principio es el aprovechado para obtener las siguientes maquinas eléctricas: Transformador (AC-AC) Inversor (DC-AC) Conversor (AC-DC) Estabilizador (AC-AC) Los cuales están diferenciados por los tipos de tensiones de entrada y de salida ya sea Corriente Continua (DC) o Corriente Alterna (AC). La aplicación de estas máquinas eléctricas es diversa, como por ejemplo en cargador de baterías automotrices, cargador de celulares, obtención de electricidad disponible, etc.

Los convertidores son dispositivos capaces de alterar la tensión y características de la

corriente eléctrica que reciben, transformándola de manera que resulte más apta para

los usos específicos a que vaya destinado para cada caso.

El procedimiento normal de funcionamiento de un equipo convertidor DC-AC

(INVERSOR) permiten transformar la corriente continua de 12 o 24 Volts que producen




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los paneles y almacena la batería, en corriente alterna de 125 o 220 Volts, como la que

normalmente se utiliza en los lugares donde llega la red eléctrica

convencional. Esto permite usar los aparatos eléctricos habituales diseñados para

funcionar con este tipo de corriente. La contrapartida de esta transformación, es que

acarrea una pérdida de energía, que es inevitable.

Un convertidor DC-AC, utiliza un circuito electrónico con transistores o tiristores, capaz

de cortar muchas veces cada segundo la corriente continúa que recibe, produciendo una

serie de impulsos alternativos de corriente que simulan las características de la corriente

alterna convencional. Según la forma de la onda característica de la corriente que el

convertidor produce, se habla de convertidores de onda cuadrada, de onda cuadrada

modificada y de onda senoidal o sinusoidal.

Dado que la corriente alterna se presenta bajo forma de onda senoidal pura, el convertidor más perfecto será el de tipo senoidal, aunque también es el más caro, y para muchas aplicaciones (iluminación, pequeños motores, etc.), basta utilizar uno de onda cuadrada que resulta mucho más económico.

Los convertidores pueden obtenerse en una amplia gama de potencias, desde 100 Watts

hasta varios kilowatts. Es importante saber y exigir del convertidor unas cualidades

determinadas que lo hagan apto para su empleo en instalaciones solares a saber.

2. COMPETENCIAS.- El alumno conoce y tiene la capacidad de aplicar sus conocimientos en los convertidores en una instalación Fotovoltaica y realiza el conexionado de los convertidores para proyectos Fotovoltaicos.

3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS.-

Equipos y materiales

Voltímetro digital AC-DC

Ohmímetro digital AC-DC

Conectores o chicotillos de prueba

Transformador monofásico 220/12 Volts

Cargador de celulares

Convertidor (inversor) 12/220 Volts

Reactivos

N/A

4. TECNICA Ó PROCEDIMIENTO.-

1. Efectuar la conexión del transformador monofásico en la alimentación 220 Volts.




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2. Tomar lecturas con Voltímetro (AC) tabla 1.

V entrada (V) V salida (V)

3. Efectuar la conexión del cargador de celular en la alimentación

4. Tomar lecturas con Voltímetro (AC – DC) tabla 2.


5. Efectuar el conexionado del inversor a la salida del transformador y tomar las

lecturas con Voltímetro (DC-AC) tabla 3.


6. Con la experiencia anterior, verificar el conexionado y las características de

funcionamiento del Inversor instalado en el Sistema Fotovoltaico de los

laboratorios de Petróleo.

5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRACTICA.- Tiempo estimado de duración de la práctica 100 min.

6. MEDICIÓN, CALCULOS Y GRAFICOS.- Proceder a construir las tablas 1-2-3 según los procedimientos (2), (4) y (5)

7. CUESTIONARIO.-

1. Explicar igualdades y diferencias entre Corriente Continua y Corriente Alterna

2. Explicar analíticamente y con esquema la función del sistema de acumuladores

(baterías) en la Instalación de un Sistema Eólico y Fotovoltaico

3. Explicar la relación entre potencia eléctrica del Inversor, la potencia entregada por

el acumulador y la potencia consumida por la carga eléctrica

4. Si efectuáramos el conexionado de una ducha eléctrica a dicho sistema, comentar

que podría pasar.

5. Cuál es la importancia del inversor en un sistema Fotovoltaico?

Practica Nº 2

TECNOLOGIA DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO

1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO




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La tecnología solar fotovoltaica es una opción más viable para el suministro de energía

eléctrica, y que supone para muchas familias campesinas la posibilidad más asequible

de acceder a los servicios previstos. Dicha tecnología, que ha demostrado ser muy

apropiada y estar bien adaptada al medio que se trata, por tanto presenta las siguientes

ventajas:

- Gratuidad de le energía eléctrica

- Generación de energía eléctrica en el mismo punto de consumo

- Elevada fiabilidad de funcionamiento y mantenimiento sencillo a un costo

relativamente asequible.

- Escaso impacto medioambiental.

La tecnología del sistema fotovoltaico se basa en el efecto fotovoltaico, en el que

mediante la creación de un campo eléctrico en el interior de una célula fotovoltaica, esta

se comporta como un generador de energía eléctrica en corriente continua.

Actualmente el material utilizado para la fabricación comercial de las células fotovoltaicas

es el silicio, tanto en su forma monocristalina como policristalina. Un módulo fotovoltaico

está compuesto por la interconexión de varias células de forma adecuada para lograr las

tensiones y corrientes deseadas. Al no existir partes móviles y estar bien protegidos, los

módulos fotovoltaicos poseen largas expectativas de vida útil.

Un sistema fotovoltaico está conformado por las siguientes etapas:

1) Producción de energía eléctrica mediante un generador fotovoltaico compuesto

por un número de módulos fotovoltaicos acorde con la demanda energética

especifica de la aplicación.

2) Acumulación de energía eléctrica en un acumulador de capacidad dependiente

del tamaño del generador fotovoltaico y de la distribución de la demanda

energética de la aplicación específica.

3) Regulación electrónica de carga mediante un regulador de voltaje dimensionado

de acuerdo a la aplicación específica, cuyo propósito es proteger al sistema y

controlar los flujos de corriente eléctrica entre los componentes y los estados de

sobrecarga durante el funcionamiento del equipo.

4) Dimensionamiento de acuerdo a la aplicación específica y selección cuidadosa

del resto de los elementos (estructura del soporte, conductores eléctricos,

interruptores, accesorios, etc.) con el fin de que todo el sistema sea una unidad

homogénea en cuanto a la calidad de sus componentes.




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De acuerdo a las etapas, antes descrito, los componentes de un Sistema Fotovoltaico

son:

a) Panel Solar.-

Una célula suelta solamente es capaz de proporcionar una tensión de algunas décimas

de voltios (típicamente alrededor de medio voltio para las células de Silicio) y una

potencia máxima de uno o dos watts. Es preciso conectar entre si en serie un

determinado número de células para producir las tensiones de 6, 12 o 24 voltios

aceptadas en la mayor parte de las aplicaciones. Al conjunto así formado,

convenientemente ensamblado y protegido contra los agentes externos, se denomina

panel o modulo fotovoltaico.

Para producir un panel de 12 voltios nominales usualmente se necesita un número de

células entre 30 y 40.

Los paneles adoptan siempre la forma cuadrada o rectangular, con áreas que van desde

aproximadamente 0,1 m² hasta 0,5 m². El grueso total sin incluir el marco protector, no

suele superar los tres centímetros, pesa entre 6 y 7 Kg.

Las características eléctricas de los paneles se describen mediante los siguientes

parámetros:

- Corriente de cortocircuito (isc).

- Voltaje a circuito abierto (Voc).

- Corriente ( i ).

- Potencia nominal (Pm).

- Eficiencia panel.

- Factor de Forma.

Los paneles están diseñados para conformar una estructura modular, siendo posible

combinarlos entre sí en serie, en paralelo o de forma mixta, a fin de obtener la tensión e

intensidad deseadas.

b) Acumuladores.-

La presencia de acumulador es necesaria, porque los paneles solo generan energía

eléctrica en los momentos en que incide sobre ellos la luz solar, pero a menudo dicha

energía se requiere precisamente en los momentos en que no existe incidencia

luminosa.

Las funciones o misiones del acumulador en un sistema fotovoltaico son:




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- Suministrar una potencia instantánea o durante breves momentos, superior a la que

el campo de paneles podría generar aun en los momentos más favorables posibles.

- Mantener una tensión estable, porque la tensión de salida del panel varía en función

de la intensidad radiante, lo cual no puede ser adecuado para el funcionamiento de

las cargas eléctricas. El acumulador proporciona un voltaje constante independiente

de las condiciones de incidencia luminosa.

Durante el día, los paneles generan energía que se emplea, por una parte, en satisfacer

los consumos que se efectúen en los momentos coincidentes con los de la producción.

La energía sobrante será la que absorberá la batería.

Al atardecer y durante la noche, los consumos son mayores debido a la iluminación

artificial, siendo extraída la energía de la batería; disminuyendo el nivel de carga.

Así el ciclo de carga-descarga se repite diariamente, siempre que la intensidad incidente

sea suficiente (días claros o superficialmente nubosos).

La profundidad de descarga diario alcanza un nivel entre 5 y 10 % para instalaciones

fotovoltaicas, mientras que para los motorizados dicha descarga esta entre 1 y 2 % de

su capacidad.

La profundidad de descarga en el periodo de autonomía debe ser determinada según el

tipo de batería. En ningún caso debe superar el 80 % reduciéndose al 20 % si se utiliza

batería normal automotriz.

El comportamiento de las baterías depende de los siguientes factores:

- Nivel de estado de carga.

- Velocidad de carga o descarga.

- Temperatura de la batería.

c) Reguladores.-

Los paneles fotovoltaicos se diseñan para que puedan producir una tensión de salida de

algunos voltios superior a la tensión que necesita una batería para cargarse. Esto se

hace para asegurar que el panel siempre estará en condiciones de cargar la batería,

incluso cuando la temperatura de la célula sea alta.

El inconveniente de esta ligera sobre tensión es doble. Por una parte se desperdicia un

poco de la energía máxima teóricamente obtenible del panel (alrededor del 10 %), que




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se obtendría a tensiones algo mayores que las que impone la batería. Por otra ocurrirá

que aunque esta llegue a su estado de plena carga, no alcanzara el potencial máximo

que el panel teóricamente puede lograr y este seguirá intentando inyectar energía a

través de los bornes de la batería, produciéndose una sobrecarga perjudicial para la

misma, la cual, si no es evitada, puede llegar a destruirla.

El regulador de carga cumple la misión de regular la corriente que absorbe la batería con

el fin de que en ningún momento pueda esta sobrecargarse peligrosamente pero, al

mismo tiempo, evitando en lo posible que deje de aprovechar energía captada por los

paneles.

Para ello el regulador, mediante dispositivos electrónicos mide y conecta

constantemente el voltaje, que es una indicación del estado de carga de la batería y si

esta llega al valor de consigna previamente establecido, correspondiente a la tensión

máxima admisible, actuar de forma que impida que la corriente siga fluyendo hacia la

batería, o bien que fluya únicamente la justa para mantenerla en estado de plena carga,

pero sin sobrepasarse.

2. COMPETENCIAS

El alumno conoce los componentes, el orden de conexionado y el funcionamiento de un

sistema fotovoltaico, montaje de paneles, regulador de carga y acumulador para un

mayor y mejor rendimiento. El alumno analiza las instalaciones del sistema fotovoltaico

de los laboratorios

3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS

Equipos y materiales

Multímetro digital.

Sistema Fotovoltaico Laboratorio.

Lámpara incandescente de 220 Voltios.

Lámpara incandescente de 12 Voltios.

Chicotillos de prueba.

Amperímetro de pinza.

Reactivos

N/A

4. TECNICA O PROCEDIMIENTO




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1. Efectuar la construcción del diagrama de funcionamiento del sistema fotovoltaico

de Laboratorio.

2. Efectuar la medición de tensión y corriente eléctrica en los diferentes tramos del

Sistema Fotovoltaico.

3. Anotar las características técnicas eléctricas de cada uno de los componentes

del sistema fotovoltaico.

5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRACTICA

Tiempo estimado de duración de la práctica 100 min.

6. MEDICIÓN, CÁLCULOS Y GRÁFICOS

Realizar el esquema de instalación del sistema fotovoltaico

7. CUESTIONARIO

1. Describir las cualidades técnicas de las lámparas utilizadas en los Sistemas

Fotovoltaicos.

2. Averiguar y describir el mantenimiento más frecuente que se realiza en este

sistema

3. Describir cuantos paneles y baterías están conectados en el sistema fotovoltaico

de laboratorio y porque

4. Indicar costos del Sistema Fotovoltaico, partes, Industria, marcas y dirección

5. Explicar igualdades y diferencias entre acumulador: automotriz y Fotovoltaico.

6. Describir las capacidades de las baterías más utilizadas en los Sistemas

Fotovoltaicos

Practica Nº 3

VARIACION DE LA POTENCIA FV CON LA INCLINACION Y ORIENTACION

DE LOS PANELES


1.1. Elementos de una instalación fotovoltaica aislada de la red.




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Una instalación fotovoltaica (Ver Figura 1) se puede describir como una instalación

eléctrica que incluye los siguientes elementos:

El generador solar fotovoltaico (Paneles fotovoltaicos): Compuesto de un número

determinado de módulos fotovoltaicos convenientemente conectados, situados

de tal forma que reciban sobre su superficie la energía solar necesaria para la

generación fotovoltaica calculada en cada aplicación.

El sistema de acumulación (Batería): Tiene la función principal de acumular la

energía generada en exceso en momentos de bajo consumo o alta insolación,

para entregarla cuando se produzcan consumos altos o haya baja o nula

insolación.

El acondicionamiento de la potencia: Son un conjunto de equipos eléctricos y

electrónicos que trabajan entre la generación, acumulación y consumo de

electricidad. Además aportan el control y la protección necesaria para la

instalación. Estos equipos son el regulador y el inversor.

Los consumos. Pueden ser de origen y características diversas pero básicamente

se pueden hacer dos grandes grupos, los consumos en corriente continua (CC)

y los consumos en corriente alterna (CA).

Figura 1. Esquema de una instalación solar fotovoltaica aislada de la red

1.2. Inclinación y Orientación de los Paneles Solares.

Para obtener el mayor rendimiento del generador fotovoltaico se ha de procurar que

reciba la mayor cantidad posible de luz solar sobre su superficie activa. Y como el sol

varía su posición en el cielo cambiando su altura y la inclinación de sus rayos, se debe

determinar cuál será la colocación ideal.




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1.2.1. Inclinación (β).

Como se muestra en la Figura 2, el ángulo de inclinación es el ángulo formado entre el

plano de la superficie a considerar y la horizontal. Sí los módulos solares tienen una

inclinación de β = 0º, se trata de que están ubicados sobre la superficie horizontal.

Mientras que para una inclinación de β = 90º, significa que los paneles están ubicados

verticalmente.

Figura 2. Ángulo de inclinación de los paneles

1.2.2. Orientación o Azimut (α).

Como se muestra en la Figura 3, es el ángulo entre la proyección del rayo solar en el

plano horizontal y la dirección sur-norte (para localizaciones en el hemisferio norte) o

norte-sur (para localizaciones en el hemisferio sur).




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Figura 3. Orientación (para localizaciones en el hemisferio norte)

1.3. Curva Característica.

Una de las características principales que mejor describen un módulo fotovoltaico es la

relación corriente- voltaje (I-V). Esto se ve reflejado en la curva característica de los

paneles (Ver Figura 4).

Figura 4. Curva Característica

Los valores trascendentes de esta curva son los siguientes:

Corriente de cortocircuito (ISC): es la máxima corriente que puede entregar el

panel, bajo condiciones determinadas de radiación y temperatura,

correspondiendo a tensión nula y por lo tanto a potencia nula.

Tensión a circuito abierto (VOC): máxima tensión que puede entregar el panel,

bajo condiciones determinadas de radiación y temperatura, y en condiciones de

corriente nula y por lo tanto potencia nula.

Potencia pico (Pmp): es el máximo valor de potencia que puede entregar el

panel. Corresponde al punto en el que el producto V ∗ I (Potencia) es máximo.

Corriente a máxima potencia (Imp): corriente que entrega el panel a potencia

máxima, bajo condiciones determinadas de radiación y temperatura. Es utilizada

como la corriente nominal del dispositivo.




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Tensión a potencia máxima (Vmp): tensión que entrega el panel cuando la

potencia alcanza su valor máximo, bajo condiciones determinadas de radiación

y temperatura. Es utilizada como tensión nominal del dispositivo.

1.4. Efecto de la Radiación.

Un módulo trabajando en condiciones normales, experimentará una variación continúa

del nivel de radiación solar, durante el día y de estación en estación. Por tanto la

influencia que tiene la radiación solar en los paneles, como se ve en la Figura 5, es:

La tensión de circuito abierto de la célula está en función de la radiación y

disminuye lentamente a medida que esta disminuye, reduciéndose a 0 V. en la

oscuridad.

La corriente de cortocircuito que proporciona el módulo es proporcional al nivel

de radiación.

La potencia generada por un módulo aumenta proporcionalmente con la

radiación.

Figura 5. Influencia de la Radiación en la Curva I-V

2. COMPETENCIAS

El alumno debe tener el conocimiento y capacidad de aplicación de:

Diferenciar las diferentes tecnologías de paneles solares fotovoltaicos: Silicio

monocristalino, Silicio policristalino y Silicio amorfo.




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Comprender y reconocer los equipos que forman parte de un sistema fotovoltaico

aislado de la red.

Manejar adecuadamente una pinza amperimétrica para realizar mediciones.

Determinar experimentalmente la inclinación óptima de los paneles

Comprobar experimentalmente la mejor orientación de los paneles.


A. Materiales y Equipos

Instalación fotovoltaica aislada de la red

Paneles fotovoltaicos

Estructura soporte, regulable

Regulador

Baterías

Inversor

Cargas (luminarias, TV)

Brújula

Pinza amperimétrica

Reloj

Transportador grande (medir ángulos de inclinación)

Nivel

Llave de tuercas

Desarmador estrella

B. Reactivos

N/A

4. PROCEDIMIENTO

1. Con ayuda de la brújula se orientarán los módulos solares con +15º de azimut

2. A continuación se procederá a regular la inclinación de los paneles a 0º y con ayuda

de la pinza amperimétrica se tomarán medidas de corriente y voltaje, estas medidas

se las realizarán en la salida del conjunto de módulos. De la misma forma se

realizarán las mediciones de corriente y voltaje modificando la inclinación de los

paneles a 15º, 30º, 45º, 60º, 75º y 90º.

3. Con ayuda de la brújula se orientarán los módulos solares con 0º de azimut







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5. Con ayuda de la brújula se orientarán los módulos solares con -15º de azimut









Se construirán 3 tablas, cada una para cada variación de la orientación que se hizo (+15º,

0º y -15º), las tablas tendrán las siguientes columnas: inclinación, voltaje, intensidad de

corriente y potencia (𝑉 ∗ 𝐼). En cada una se tendrá que especificar el azimut, la hora y la

latitud y longitud del lugar donde se realizaron las mediciones.

A partir de cada tabla se construirán 3 gráficas: curva de Voltaje-Inclinación; Intensidad-

Inclinación; y Potencia-Inclinación

Analizar los gráficos obtenidos

7. CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la diferencia entre los paneles fotovoltaicos de Silicio monocristalino y

Silicio amorfo?

2. ¿Cuál es la diferencia entre una instalación fotovoltaica aislada de la red y una

instalación conectada a la red?

3. Desde su punto de vista, cuál sería la mejor forma de determinar la inclinación

óptima de los paneles solares? Y cuál sería la inclinación optima en Tiquipaya?

4. ¿Por qué la orientación óptima de los módulos fotovoltaicos es de 0º de azimut?

5. De acuerdo a los resultados obtenidos en las mediciones, cuál sería la mejor

orientación e inclinación de los paneles solares a esa hora específica?

6. Realizar un esquema de la instalación solar fotovoltaica del laboratorio,

especificando los equipos con los que se cuenta (marca, modelo, datos técnicos.

etc).




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Practica Nº 4

DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FV


Un correcto dimensionado es fundamental, no solamente para que la instalación

funcione debidamente, sino para que la vida de esta sea larga, que es el objetivo

principal.




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Los elementos constituyentes de la instalación deben guardar entre si la proporción justa

y equilibrada. De nada serviría sobredimensionar el campo de paneles con el propósito

de producir más energía si las baterías tienen escasa capacidad para almacenarla, pues

se perdería la mayoría de ella. Un regulador de menor amperaje que el indicado o un

simple conductor de sección insuficiente pueden ser causa de avería y paralización de

la instalación, por lo que cada componente de la misma debe ser cuidadosamente

calculado u elegido por el ingeniero entre la gama del catálogo comercial.

Se comprende que el tema del dimensionado debe abordarse antes de comenzar el

cálculo de cada elemento, en función de la necesidad razonable del usuario, capacidad

económica del cliente y preferencias determinadas, siendo imprescindible que el

ingeniero recoja toda la información posible directamente de quienes van a ser los que

disfruten la instalación, tratando de satisfacer sus requerimientos hasta el límite de lo

posible.

Una instalación Fotovoltaica no tiene ninguna limitación técnica en cuanto a la potencia

que puede entregar; solamente motivos de economía y rentabilidad establecen un

argumento para el número de paneles y acumuladores a instalar. Dicho límite, puede ser

voluntariamente alterado por el propietario de la instalación bajo su propia

responsabilidad, pero siempre tomando la decisión después de haber sido

perfectamente informado de las posibles opciones, sus costos, ventajas e

inconvenientes.




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El primer paso es definir perfectamente los objetivos de una instalación, atendiendo a

las necesidades reales de los futuros usuarios y a sus requerimientos concretos. Para

ello, el ingeniero debe recabar información de la utilización prevista, no solo inicialmente,

sino durante los años futuros.

Si no se conoce la potencia real de los aparatos, por ejemplo de la TV o de una maquina

eléctrica, es preciso indagar previniendo que la potencia teórica y la consumida en la

práctica son superiores, debido a la pérdida por rendimiento. No hay que pensar que un

tubo fluorescente con la indicación de 20 Watts va a consumir 20 Watts realmente, pues

existen perdidas, en los accesorios que necesita para su funcionamiento. No pueden

establecerse valores fijos para determinar las perdidas, sino hay que estimarlas con un

coeficiente corrector del consumo total.

En cualquier caso, lo ideal es que se pueda comprobar por si mismo el consumo real de

cada uno de los elementos que con más frecuencia se utilizan (iluminación, convertidor,

regulador, etc.) para, de esta forma, disponer de datos experimentalmente

comprobados.

Una vez determinadas, las potencias consumidas por cada aparato, es preciso estimar,

y esto ha de hacerse de acuerdo con el usuario, los tiempos medios de utilización diarios,

semanales, mensuales o anuales de cada uno de ellos, teniendo también en cuenta los

posibles altibajos motivados por causas diversas, ya sean estas periódicas o no.

En los casos más simples, en los que el consumo es más o menos homogéneo a lo largo

del año pueden establecerse unos tiempos medios diarios, que se suponen constantes.

En otros supuestos habrá que anotar las irregularidades periódicas o estaciónales que

podrían producirse.

En un caso típico caso de iluminación de viviendas, se debe considerar una potencia y

un tiempo medio diario de consumo mínimo, de acuerdo con los valores de la siguiente

tabla:

Potencia y tiempos mínimos diarios iluminación viviendas aisladas

Cuarto de estar 18 W – 5 horas

Comedor 18 W – 5 horas

Dormitorio 8 W – ½ hora

Cocina 18 W – 2 horas

TV 32 W – 4 horas

Pasillo, entrada 18 W – 2 horas

En cualquier caso, el consumo diario previsto no debe suponerse menor a 250 W.h/día,

que representa un valor mínimo.




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Potencia media de algunos aparatos de corriente continua

Lavadora (sin centrifugado ni calentamiento de agua) 275 W

Plancha 75 W

Frigorifico 75 W

Secador de pelo 100 W

Ventilador 25 W

Taladro 40 W

Batidora 75 W

Se elabora una tabla de consumos, por tanto una instalación fotovoltaica de iluminación

de vivienda unifamiliar debe contener lo siguiente:

- Días de utilización a la semana (si solo se utiliza los fines de semana, considérese

dos días)

- Periodo de utilización máximo y mínimo ( en invierno se utilizara más la

iluminación y en verano el frigorífico)

- Potencia máxima de consumo simultaneo igual 200 W

- Necesidad de uso de convertidor (detállese su potencia y rendimiento y si va a

existir circuito de corriente alterna o también continua).

- Tensión de consumo elegido.

- Energía requerida Et (la suma de los consumos más las pérdidas para aquellos

aparatos que utilicen convertidor).

- Otras consideraciones.

Los usuarios de la instalación deben ser conscientes desde el primer momento de lo

importante que es respetar los valores de consumo previstos. Un alto porcentaje de

fracasos en instalaciones solares se debe a que los consumos reales son muchos

mayores que los estimados partiendo de los datos suministrados por el propio usuario.

En una vivienda electrificada por la red convencional, ciertos descuidos, como dejar

luces encendidas, abrir constantemente la puerta del frigorífico o mantener la TV

funcionando aunque nadie esté atento, lo cual supone la posibilidad de tener que

quedarse a oscuras durante varios días.

a) Capacidad del acumulador.-




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El segundo paso es determinar, como paso previo al cálculo del acumulador de una

instalación, es el número máximo N de días máximo que se tiene las condiciones

desfavorables. Dicho número debe ser asignado por el ingeniero de acuerdo con las

características climatológicas de la zona, al servicio que la instalación preste y las

circunstancias particulares de cada usuario.

Una vez fijado el numero N de días de autonomía máxima, y conocida la energía

total teórica ET requerida en un periodo de 24 horas, obtenida a partir de las

potencias y del tiempo medio de funcionamiento diario de cada aparato de consumo,

procedemos a hallar la energía real necesaria Er, que proviene de los paneles, debe

recibir el acumulador, del cual ya habremos decidido el tipo y características básicas

y, por tanto, conoceremos la profundidad de descarga máxima admisible.

La energía E equivaldrá exactamente a la energía que se necesite diariamente,

teniendo en cuenta las diferentes pérdidas que existen, la expresión razonablemente

es:

E = ET / R

Donde R es un factor global de rendimiento de la instalación, tomándose en cuenta

los coeficientes: de pérdidas por rendimiento en el acumulador, de auto descarga,

de pérdidas en el convertidor y otras perdidas (perdidas por efecto Joule, etc.).

Una vez calculados R y E, se halla el valor de la capacidad útil Cu que debe tener la

batería, que será igual a la energía total E que es preciso producir diariamente

multiplicada por el numero N de días de autonomía, ya que la batería debe ser capaz

de acumular toda la energía necesaria para dicho periodo.

La energía E se mide en Wh, se lo expresa la capacidad en Ah, entonces se divide

Cu entre la tensión nominal de la batería (12 o 24 Volts). Por simplicidad, se usa

indistintamente el mismo símbolo para designar la capacidad en W.h o A.h.

La capacidad nominal C asignada por el fabricante será igual al cociente entre Cu y

la profundidad máxima de descarga admisible pd.

b) Potencia de paneles.-

En las épocas del año más favorables las baterías se encuentran en estado de

máxima carga durante buena parte del día y, por lo tanto, la energía sobrante que

podría teóricamente producir los paneles será disipado en el regulador, elevando

más del 10 % el valor del factor de pérdidas que hemos considerado. Sin embargo,

como el periodo que nos interesa a efectos de dimensionado es el más desfavorable




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(invierno), en el que el estado de carga máxima se alcanzara pocas veces, el

regulador no desaprovechara mucha energía y puede ser aceptable tomar un

rendimiento del 90 %.

Con el fin de evaluar la energía que un panel puede producir diariamente en una

determinada localidad resulta útil el concepto del número de horas de sol pico

(H.S.P.) del lugar en cuestión y que no es otra cosa que el valor de la energía H total

incidente sobre una superficie horizontal de 1 m², resultando:

H.S.P. = 0,2778 H

El significado del nombre “horas de sol pico” es horas de sol a una intensidad de

1000 W/m² es el siguiente:

El número de paneles a instalar estará dado por el cociente entre Ep y la energía que

realmente es capaz de producir cada panel a lo largo del día (10 % menos que la

potencia máxima teórica, que suele ser la potencia nominal que especifican los

fabricantes); así pues:

Numero de paneles = _____Ep_______

09 P (H.S.P.)

Normalmente este resultado es un numero decimal se recomienda la opción por

exceso.

c) Regulador.-

Para instalaciones fotovoltaicas de baja potencia y que no sufren grandes cambios

de temperatura ambiente, los reguladores tipo Shunt suelen ser los más empleados,

debido a su bajo costo.

Para el dimensionado del sistema de regulación se debe realizar con un factor de

seguridad entre la potencia máxima producida por el banco de paneles y la potencia

máxima del regulador de un 10 % como mínimo.

En general se debe procurar que el número de reguladores sea lo mínimo posible, y

si fuera necesario más de uno, el número de estos se obtendrá mediante la

expresión:

Nr = Npp Ip / Ir

Siendo:




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Nr: Numero de reguladores

Npp: Numero de paneles en paralelo.

Ip: Intensidad pico del panel seleccionado

Ir: Intensidad máxima que es capaz de disipar el regulador.

Si el valor de Nr no es un número entero, el número de reguladores será igual al

número entero inmediato superior

d) Convertidor.-

La variación de la tensión de salida no deberá ser superior a un 5 % de la tensión

nominal de salida para convertidores de onda senoidal y un 10 % para convertidores

de onda cuadrada.

La eficiencia del convertidor, está definida como la relación entre la potencia que esta

entrega a la utilización y la potencia que el convertidor extrae de los paneles o del

sistema de acumulación, en función de la carga.

La potencia de entrada del convertidor se calcula mediante la expresión:

Pe = Potencia de salida / Eficiencia

El convertidor seleccionado deberá incorporar un automatismo de desconexión por

falta de carga y deberá estar protegido contra:

a) Cortocircuitos

b) Sobrecarga

c) Inversión de polaridad en alimentación

e) Sección del conductor.-

Respecto al cableado de la instalación, es muy importante minimizar todo lo posible la

longitud del conductor a utilizar, procurando para ello que las distancias entre paneles,

el regulador, la batería y el inversor sean lo menos posible.

2. COMPETENCIA




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o Conocimientos sólidos en la determinación de la demanda energética para un

sistema fotovoltaico.

o Razonamientos técnicos para la toma de decisiones en el diseño de un sistema

fotovoltaico.

o Diseño de un Sistema fotovoltaico.

o Identificación de conocimientos y saberes del sistema fotovoltaico para solución

de suministro eléctrico.


a. Equipos y materiales

o Radio

o Computadora.

o 2 puntos de luz (letz)

o 2 puntos de luz (fluorescentes 20 Watts).

o Sistema Fotovoltaico.

b. Reactivos

N/A

4. TECNICA O PROCEDIMIENTO

1. Anotar las potencias en Watts de los aparatos electrodomésticos (con y sin

convertidor).

2. Determinar los tiempos medios en horas de utilización diario, semanal, y mensual

de las cargas eléctricas.

3. Elaborar tabla de consumo o de energía diario (potencia x tiempo), determinando

el consumo total (ET).

4. Elegir el numero N de días de autonomía.

5. Determinar las cargas que utilizaran Convertidor.

6. Realizar el análisis consumo con Convertidor.




Calcular:




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o El factor R global de rendimiento de la instalación para las condiciones del

sistema fotovoltaico de Laboratorio.

o La energía E necesaria.

o La capacidad CU útil de la batería.

o La capacidad C nominal de la batería.

o La energía EP que deben suministrar el o los paneles con regulador.

o El número de paneles necesarios (H.S.P.=2,8 a 3).

Cuál es la demanda Energética Solar que requiere los laboratorios de Petróleo?

7. CUESTIONARIO

1. Describir las cualidades técnicas de las lámparas utilizadas en los Sistemas

Fotovoltaicos.

2. Desarrollar el servicio de mantenimiento, planteamiento general del sistema

fotovoltaico

3. Desarrollar el Programa EURO-SOLAR en Bolivia y las comunidades

beneficiarias.

4. Determinar las secciones de conductor utilizados en los diferentes tramos de una

instalación Fotovoltaica.

5. Desarrollar los productos que ofrece la industria PHOCOS en nuestro país.

re 10 lab 119 energia solar

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