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SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A RED

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Componentes principales

Arreglo de paneles

Inversor DC/AC con MPPT

Medidor de energía (uno bidireccional o dos para producción y consumo)

Tablero con dispositivos de maniobra y protecciones

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Características

Al prescindir del banco de baterías, disminuye el costo del sistema.

Se inyecta a la red cuando la energía generada por los paneles excede a la consumida en la instalación, y se toma de ésta cuando la energía generada es inferior a la necesaria.

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Demanda

Generación


Configuraciones de medidores (sistema residencial)

Medidor neto único

Es el más simple. Emplea un único medidor en la entrada de la instalación.

Cuenta hacia adelante cuando toma energíade la red y hacia atrás cuando inyecta.

No permite discriminar entre la energía que se inyectó y la que se tomó de la distribuidora.

Registra el consumo neto.

Medición dual

Se tienen dos medidores para registrar por separado la energía neta consumida y la producida por el sistema fotovoltaico.

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Configuraciones de medidores (sistema residencial)

Medidor bidireccional

Registra la energía en las dos direccionespor separado, permitiendo discriminar entre la energía consumida y la producida.

El esquema de facturación puede ser neta o diferenciada.

La Ley 27424 establece la facturación neta y medición bidireccional con registros separados.

Pueden incluir comunicación y funciones adicionales (medidores inteligentes).

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Medidores inteligentes

Permiten medir y gestionar la energía en redes inteligentes.

Incluyen diversas funciones:

Medición bidireccional.

Transmisión de información (PLC, inalámbrico) en ambas direcciones (distribuidora y usuario).

Usuario: control de la energía consumida y gestión inteligente de cargas.

Distribuidora: asignar un costo a la energía según la hora en que es consumida, conocer en tiempo real el estado de la red y el consumo de los usuarios las 24 hs, gestionar la demanda, planificar la operación, discriminar cargas de vehículos eléctricos, etc.

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Sistemas con inversor central

Topología tradicional, sencilla, fácil mantenimientoy operación. No escalable.

Cableado en CC extenso, caja de conexiones especial.

El sombreado parcial afecta al arreglo completo. Dificultad en el seguimiento del MPP. Mayores pérdidaspor disparidad en las características de los paneles

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250 kVA


Sistemas con inversores de cadena o string

Un inversor por cada string del arreglo.

El seguimiento del MPP se realiza en forma independiente para cada cadena. Aumenta la extracción de potencia.

La falla de un inversor disminuye la potenciapero la planta sigue funcionando.

Aumenta el costo de instalación, operación y mantenimiento. Fácil de escalar.

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Sistemas con microinversores

Baja tensión en DC

Los paneles operan por separado

Fácil reconfiguración del arreglo

Apropiados para operar en condiciones de sombreado parcial, diferentes orientaciones e inclinaciones de los paneles (insolación)

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MPPT integrado Enphase Energy

220V / 190 o 200 W de salida

Para módulos de 60 a 84 celdas


Inversores

Pieza clave del sistema. Convierten CC en CA e incluyen el seguidor del punto de máxima potencia (MPPT) del arreglo, string o panel.

Dado que interactúan con la red de distribución (pública) no pueden interferir con la operación normal de la red ni con otros dispositivos conectados a ésta.

Es obligatorio que se ajusten a estándares y regulaciones estrictas. En Argentina, la reglamentación AEA 90364-7-712, establece las características que debe cumplir una instalación fotovoltaica en edificaciones residenciales que inyectan energía a la red de distribución.

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Inversores (cont.)

Características necesarias

Debe inyectar corriente sinusoidal, con la misma frecuencia que la red (en sincronismo), y con baja distorsión armónica.

Debe desconectarse en forma automática en caso de falla de la red (anti isla).

Debe evitar la inyección de CC a la red (aislación adecuada).

Arranque automático en presencia de insolación suficiente y parada automática cuando la insolación es insuficiente.

Buena eficiencia aún con baja carga.

Confiabilidad y vida útil relativamente amplia.

Tensión de entrada compatible con el arreglo de paneles (Voc y temp.).

Filtrado en el lado de CC para evitar oscilaciones en torno al MPP.

Inmunidad ante comandos de red.11


Inversores (cont.)

Eficiencia

12

5 10 20 30 50 1000.03 0.06 0.13 0.1 0.48 0.2EU

CA

CC

P

P


Inversores

Especificaciones Sunny boy 1.5-2.5

13


Inversores

Especificaciones Sunny boy 1.5-2.5 (cont.)

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Energía (AC) producida por el sistema (método aproximado)

Con área de paneles A y rendimiento promedio

Potencia del sistema para la radiación GSTC= 1 kW/m2

Dividiendo (m. a m.) ambas expresiones y despejando

Definiendo la productividad de referencia (equivalente a horas de sol pleno)

y expresando la potencia de AC en función de la de DC en STC15

2 2(kWh/día) kWh/m día miE H A

2 2

2 2

AC,1kW/m 1kW/mkW kW/m mSTCP G A

2

2

2

AC,1kW/m2

1kW/m

kWh/m día(kWh/día) kW

kW/m

i

STC

HE P

G

En este método se aproxima a 1

AC, 1kW DC,1kW inv DC,STC invT GP P P k k

2

2

kWh/m/ día

kW/m

iR

STC

HY

G


Energía (AC) producida por el sistema (método aproximado)

Resulta

Los factores involucrados en el rendimiento de conversión se dividen en

De captación

Por temperatura kT : la celda opera a una temperatura diferente a la de STC.

Por otros factores kG : disparidad en las características de los paneles, suciedad acumulada, nieve, sombreado, tolerancia en el rendimiento de los módulos, reflexiones por ángulo de incidencia bajo, pérdidas óhmicas, etc.

Del sistema

Eficiencia del inversor ηinv

Considerando el efecto combinado de todos los factores se puede perder entre un 20% y un 40% respecto de STC.

Productividad total (kWh/kWp/día) e índice de rendimiento (PR) 16

DC,STC(kWh/día) R T G invE Y P k k

DC,STC

F R T G inv

EY Y k k

P F

T G inv

R

YPR k k

Y


Factor de corrección por temperatura

Es uno de los factores más importantes en la reducción de la potencia del arreglo

La temperatura real de la celda para la temperatura ambiente y radiación 1kW/m2 es

Utilizando las condiciones reales, el rendimiento resulta

donde cT es el coeficiente de variación de la potencia con la temperatura en el MPP (dato fabricante).

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20 C1

0.8celda amb

NOCTT T

2 ,, 1kW/m

, ,

1 ( 25 C)1 ( 25 C)

DC STC T celdaDC

T T celda

DC STC DC STC

P P c Tk c T

P P


Factor de corrección por otros fenómenos

Tolerancia en la potencia indicada por el fabricante

Normalmente se adopta el peor caso.

Disparidad en las características de los paneles

Si se combinan paneles o ramas con diferentes características, la potencia entregada es inferior a la suma. Normalmente se considera una pérdida del 3%.

Suciedad en los módulos

Depende de la época del año y del régimen de limpieza.

Pérdidas óhmicas

Incluye las pérdidas en conductores, fusibles, diodos, etc. Normalmente inferior al 2%.

18


Ejemplo para un arreglo de 1kW STC

19

Baja para inversores actuales


Factores de capacidad típicos

Representa el porcentaje de tiempo que el sistema produce energía a potencia nominal.

Por ejemplo en base anual

20

,,//

8760 horas 8760 horas

/

8760 horas 8760 horas

horas de sol pleno anuales

8760 horas

DC STC T G invAC nom

F R

E P k kE PCF

Y PR Y

Factores de capacidad en algunas ciudades de EE.UU.


Dimensionamiento del sistema

Características principales

No es tan crítico como el de un sistema aislado

Costo directamente proporcional a la potencia (aprox.)

Está limitado por el área (y orientación) disponible para instalar el arreglo de paneles

Es importante estimar la energía anual para evaluar el costo/beneficio

En la decisión final intervienen además las cuestiones estéticas y el costo de una u otra alternativa.

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Ejemplo de dimensionamiento

Se desean generar 3600 kWh/año para una vivienda

Latitud 37°N

Los paneles se montan en el techo, inclinación aprox. L-15

Utilizaremos valores promedios anuales (se puede hacer mes a mes, o inclusive día a día)

Insolación 5.7 kWh/(m2 día) - Promedio anual sobre superficie inclinada L-15.

Rendimiento de conversión anual de 0.75.

Determinar cantidad de paneles e inversor.

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Ejemplo de dimensionamiento (cont.)

Paneles

23

2300WCant. panles 14.6 paneles

158W/panel 14 o 15?

La elección depende de

la tensión del inversor


Ejemplo de dimensionamiento (cont.)

Inversor

Verificar que con la mínima temperatura ambiente, la tensión de circuito abierto del arreglo no supere la máxima del inversor.

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SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

Representación normalizada de energía y potencia

Es útil para comparar la producción de energía de instalaciones fotovoltaicas de diferente tamaño y en diferentes lugares.

Se divide la energía generada por los paneles o por el sistema un período (día, mes o año) por la potencia nominal (STC) del arreglo de paneles.

Productividad final o total

Se puede interpretar como la cantidad de horas que la instalación funciona a potencia nominal en el período considerado(factor de capacidad). 25

p

kWh(día, mes o año)

kW

outF

STC

EY

P

kWh (día, mes o año)out F STCE Y P


Representación normalizada de energía y potencia (cont.)

El concepto se puede extender a los procesos intermedios

Productividad del arreglo de paneles

Interpretación:

Cantidad de horas que la instalación tiene que funcionar a potencia nominal (STC) para generar la energía EA (DC) en el período considerado.

Productividad de referencia (radiación en el lugar)

Interpretación:

Cantidad de horas de sol pleno (1 kW/m2) que se necesitan para que los paneles reciban la irradiación Hi.

26

p

kWh(día, mes o año)

kW

AA

STC

EY

P

2

2

kWh/m(día, mes o año)

1kW/m

iR

STC

HY

G



Pérdidas de la instalación

De captura

Por temperatura (LCT): se debe a que la temperatura de la celda es diferente a la de STC (25°C).

Por otros factores (LCM):

Tolerancia en la potencia del módulo

Apantallamiento, suciedad, nieve e irregularidad en la radiación.

Desapareamiento entre módulos y ramas

Fallas del inversor (conectados a red) o carga completa de batería (aislados)

Reflexión en la cubierta transparente por ángulos de incidencia bajos

Del sistema o BOS (balance of system)

Incluye las pérdidas en el inversor 27

C R A CT CML Y Y L L

S A FL Y Y



Índice de desempeño (performance ratio)

Indica cuánto difiere la producción real de las que tendría en condiciones reales (con las pérdidas mencionadas)

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F

R

YPR

Y

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