Solar fotovoltaicaEjercicios de dimensionamiento

Profesor: Jorge Montealegre García

METODOLOGÍAMétodo de balance energético

Basado en el principio: energía generada = energía consumida

1.- Cálculo de la energía consumida por día

2.- Energía disponible (horas pico solar)

3.- Número de paneles necesarios para cubrir las necesidades energéticas de la instalación

4.- Dimensionamiento del generador FV: configuración serie / paralelo

5.- Dimensionado del sistema de acumulación (baterías)

6.- Selección del regulador

7.- Selección del inversor

8.- Determinar la separación mínima entre paneles

DEMANDACalculo de la energía que el usuario necesitará cada día.

Energía consumida en corriente alterna (AC) en Wh:

Consumo total diario en Wh:

��� = � � �� � · �� ��� = � � �� � · ��

� = 1,25 · ���η��

+ ���� ��

P(DC) = Potencia nominal del equipo i en W

tdia = Tiempo diario de uso en horas (h)

Energía consumida en corriente continua (DC) en Wh:

P(AC) = Potencia nominal del equipo i en W

tdia = Tiempo diario de uso en horas (h)

ηbat, ηinv = eficiencia de la batería y el inversor

RENDIMIENTOS

EJERCICIO

Aparato en AC Cantidad Potencia unitaria (W) Potencia total (W) Horas de uso diarias Consumo (Wh)

Televisor 1 200 3

Lavadora 1 380 0,4

Refrigerador 1 200 9

TOTAL

Aparato en DC Cantidad Potencia unitaria (W) Potencia total (W) Horas de uso diarias Consumo (Wh)

Iluminación 5 20 5

Bomba 1 743 0,7

TOTAL

1) Calcular el consumo diario en AC y DC, para los siguientes equipos:

Calcular la energía total consumida diaria teniendo en cuenta los siguientes rendimientos:

ηinv = 0.95

ηbat= 0.9� = 1,25 · ���

� + ���

� ��

HORAS PICO SOLAR

��� = 3,73� !/#$

1� /#$= 3,73ℎ

HORAS PICO SOLAR

HPS media del año. Minimiza el número

de paneles, pero deberá invertir más en

un sistema de acumulación mayor.

Dos estrategias para determinar HPS

HPS media del peor mes. Minimiza el

sistema de acumulación, pero usa más

paneles que los estrictamente necesarios.

Como energía disponible tendremos en cuenta la radiación del mes más

desfavorable del año, de esta manera se minimiza el sistema de

acumulación aunque se usan más paneles de los estrictamente necesarios.

EJERCICIO

2) Determinar cuál sería el mes más desfavorable en Guayaquil, para un módulo con una

inclinación de 15º:

ENERGÍA GENERADA

El método de balance energético parte de la igualdad entre energía consumida por día

y energía generada por día.

La energía generada por día es el número de horas pico del día por la potencia total

del conjunto de paneles.

�%�& = � ��� · �'

ET = Energía total generada

HPS = Horas pico solar

NT = Número total de paneles

PP = Potencia pico de un panel individual

Pmax = potencia total del conjunto de paneles

PR = Coeficiente global de pérdidas (performance ratio) ≈ 0,75

( = 1,1 · �%�&�)

� = ��� · �%�& · �'

EJERCICIO

3) Calcular el número de paneles necesarios para cubrir las necesidades energéticas de la instalación del

ejercicio 1, teniendo en cuenta que los paneles se instalarán en Guayaquil, inclinados 15º.

Características del módulo

Se instalará el siguiente modelo de módulo:

�%�& = � ��� · �'

( = 1,1 · �%�&�)

PR =0,75

Nº DE PANELES SERIE / PARALELO

� La energía que será necesario generar será la

energía total consumida por la instalación.

� En función de cuanta energía sea necesaria y

las HPS disponibles determinaremos el

número de paneles necesarios

�%�& = � ��� · �'

Potencia

instalación (Kw)

Tensión nominal

(VBAT)

P < 1,5 12

1,5 < P < 4 24

P > 4 48

Cálculo del número

de ramas de paneles

en paralelo:

Cálculo del número de

ramas de paneles en serie:

(* = +�� +,

VBAT = tensión nominal de la batería

Vp = tensión nominal del panel

() = ( (*

( = 1,1 · �%�&�)

EJERCICIO

4) Determinar la configuración serie / paralelo en función de la tensión nominal del banco de baterías.

Representar el generador FV e indicar la tensión y la intensidad total para el punto de máxima potencia.

Características del módulo

(* = +�� +,

() = ( (*

Potencia

instalación (Kw)

Tensión nominal

(VBAT)

P < 1,5 12

1,5 < P < 4 24

P > 4 48

BATERÍAS

D = Numero de días con autonomía

V = Voltaje de la Batería

Pb = Profundidad de Descarga Máxima = 70% = 0.7

Cb = Capacidad de Acumulación en amperios hora, comparar con catalogo.

La mínima energía que debe proporcionar la

batería a las cargas se determina según

especificaciones de la instalación y considerando:

-. = 1,1 · � · /+.�0 · �.

• Días de autonomía D: número de días

consecutivos que, en ausencia de sol, el

sistema de acumulación debe poder

proporcionar energía.

• Máxima profundidad descarga Pd (usualmente

para baterías de plomo ácido Pb =0.7)

EJERCICIOS

5) Calcular la capacidad del banco de baterías para cubrir la demanda energética calculada en el ejercicio 1

con una autonomía de 4 días. Seleccionar el modelo de batería del cuadro siguiente.

-. = 1,1 · � · /+.�0 · �.

Pb = 0,7

REGULADOR

Debe calcularse la máxima corriente IG que debe ser capaz de soportar el regulador en funcionamiento.

Será la corriente generada por los paneles:

Si la corriente es elevada es posible que sea necesario conectar varios reguladores en paralelo.

REGULADOR

6) Seleccionar las características del regulador a instalar y el número de reguladores necesarios:

INVERSOR

7) Seleccionar las características (potencia y tensión) del inversor a instalar.

� La tensión del inversor será la tensión de las baterías.

� La potencia del inversor tendrá que ser superior a la potencia AC total de la instalación por un factor

de simultaneidad de alrededor de 0,7.

EJERCICIO8) Determinar la separación mínima para los paneles instalados en Guayaquil teniendo en cuenta que

la longitud del panel es de 2 m y su inclinación es de 15º.

1 = !tan (61º − ϕ)

Donde:

ɸ = latitud

h = diferencia de alturas entre filas consecutivas o entre la fila y el obstáculo.

REPRESENTACIÓN

REPRESENTACIÓN