manual instalacion fotovoltaica

8/10/2019 Manual Instalacion Fotovoltaica

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Manual de diseo

PROPIEDAD DE AIyCSA 2014

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Instalacin Solar Fotovoltaicapara Vivienda

Consideraciones generalesDiseo e instalacin.


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INDICE DE CONTENIDO

1.- Introduccin1.1 Generalidades1.2 Principio Fotoelctrico1.3 Arquitectura del sistema

2.- Componentes del sistema2.1 Mdulos fotovoltaicos

2.2 Regulador de carga2.3 Bateras y sistemas acumuladores solares2.4 Inversor o Convertidor DC/AC2.5 Protecciones.

3.- Datos de Inicio.3.1Lugar de Instalacin3.2 Disposicin de los mdulos3.3 Estimacin del consumo

3.4 Radiacin solar disponible4.- Calculo de la instalacin

4.1 Nmero y conexionado de los mdulos solares4.2 Calculo de las bateras4.3 Calculo del regulador4.4 Calculo del inversor4.5 Cableado y protecciones
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn192.html#seccion34


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DESARROLLO DEL CONTENIDO

1- Introduccin

1.1- Generalidades

En este tutorial se va a realizar el estudio y diseo de las instalaciones solaresfotovoltaicas aisladas que permiten la generacin de electricidad para el consumodirecto en una vivienda unifamiliar que se encuentre aislada de cualquier redelctrica pblica de suministro.

El principal objetivo de una instalacin solar aislada es la de producir energaelctrica para autoconsumo, sin necesidad de depender de una red elctrica dedistribucin y suministro, de modo que se logre ser autosuficiente a este respecto.

Se tratar, por tanto, de describir los elementos que componen una instalacinfotovoltaica autnoma, incluyendo catlogos y hojas de especificaciones tcnicasde los distintos equipos y exponer un caso prctico de clculo, que pueda servirde gua y modelo para otras instalaciones.

1.2- Principio fotoelctrico

La base sobre la cual se fundamenta los actuales sistemas fotovoltaicos

comerciales es el denominado principio fotoelctrico, mediante el cual lasradiaciones de la luz solar se pueden transformar en energa elctrica. Este efectotiene lugar en las llamadas clulas fotoelctricas, unidad bsica que componen losmdulos o paneles fotovoltaicos.


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Figura 1. Clula fotoelctrica

Toda radiacin de luz solar est compuesta por partculas elementales,llamadas fotones. Estas partculas llevan asociada un valor de energa (E), quedepende de la longitud de onda () de la radiacin, y cuyo valor cuantitativo vieneexpresado de la forma siguiente:

h cE=

donde (h) es la constante de Planck y (c) es la velocidad de la luz. Se remite allector a consultar el valor de estas constantes fsicas en el siguiente enlace:

>> Sistemas de Unidades de Medida

Cuando un mdulo fotovoltaico recibe radiacin solar, los fotones quecomponen dicha radiacin inciden sobre las clulas fotovoltaicas del panel. stospueden ser reflejados, absorbidos o pasar a travs del panel, y slo los fotonesque quedan absorbidos por la clula fotovoltaica son los que, finalmente, van agenerar electricidad.
http://ingemecanica.com/tutoriales/unidadesdemedida.htmlhttp://ingemecanica.com/tutoriales/unidadesdemedida.htmlhttp://ingemecanica.com/tutoriales/unidadesdemedida.htmlhttp://ingemecanica.com/tutoriales/unidadesdemedida.html


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En efecto, cuando el fotn es absorbido por la clula, la energa que porta elfotn es transferida a los tomos que componen el material de la clulafotovoltaica. Con esta nueva energa transferida, los electrones que estnsituados en las capas ms alejadas son capaces de saltar y desprenderse de suposicin normal asociada al tomo y entrar a formar parte de un circuito elctrico

que se genera.Por lo tanto, un factor crucial para que pueda generarse el efecto fotovoltaico es

que las clulas de los paneles solares estn compuestas por un tipo determinadode material, tales que sus tomos sean capaces de liberar electrones para crearuna corriente elctrica al recibir energa.

Los tomos de los materiales llamados semiconductores ofrecen estapropiedad, es decir, materiales que actan como aislantes a baja temperatura ycomo conductores, al desprenderse de sus electrones, cuando se aumenta la

energa que incide sobre ellos.Adems, para mejorar sus prestaciones estos materiales semiconductores son

tratados de forma que se crean dos capas diferentes dopadas (tipo Py tipo N),con el objetivo de formar un campo elctrico, positivo en una parte y negativo enotra, de manera que cuando la luz solar incide sobre la clula para liberarelectrones, stos puedan ser atrapados por el campo elctrico, y formar as unacorriente elctrica.

En la actualidad, la mayora de las clulas solares estn construidas utilizando

como material semiconductor el silicio, en sus formas mono o poli cristalina.

Las clulas solares de silicio mono cristalino se fabrican a partir de seccionescortadas o extradas de una barra de silicio perfectamente cristalizado de una solapieza, y que permiten alcanzar rendimientos del 24% en ensayos de laboratorio ydel 16% para clulas de paneles comercializados.


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Por el contrario, para obtener clulas solares de silicio puro del tipo policristalino el proceso de cristalizacin del silicio es diferente. En este caso se partede secciones cortadas de una barra de silicio que se ha estructuradodesordenadamente en forma de pequeos cristales. Son ms baratas de fabricary se reconocen visualmente por presentar su superficie un aspecto granulado. Los

rendimientos obtenidos son inferiores, alcanzndose del orden del 20% enensayos de laboratorio y del 14% en mdulos comerciales.

En consecuencia, los mdulos solares fotovoltaicos fabricados con clulas desilicio mono cristalino ofrecen una mayor potencia nominal que los hechos a basede clulas de silicio poli cristalino, debido principalmente a las mejorespropiedades que ofrece el silicio mono cristalino, un material muy uniforme, frentea la falta de uniformidad que presentan los lmites de grano del silicio policristalino

Adems, otro aspecto importante es la textura final en su superficie quepresentan las clulas monocristalinas, de mayor calidad y con mejorespropiedades antirreflexivas, que permiten mejorar las prestaciones del mdulo.

Figura 4. Tipos de paneles fotovoltaicos


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1.3- Arquitectura del sistema

Una instalacin fotovoltaica para vivienda est destinada a satisfacer lasnecesidades de consumo propio de electricidad, y consta de un esquema de

instalacin cuyos componentes principales se muestran en la figura adjunta.


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Figura 5. Componentes de una instalacin fotovoltaica

Paneles o mdulos solaresson los encargados de captar la radiacin solar y

transformarla en electricidad, generando una corriente continua (CC), tambinllamada directa (DC). El nmero de paneles quedar determinado por la potenciaque se necesita suministrar, y su disposicin y forma de conexionado (en serie oen paralelo), ser en funcin de la tensin nominal de suministro y la intensidadde corriente que se desee generar.

Regulador o controlador de carga, encargado de controlar la carga de lasbateras desde los mdulos o paneles generadores, as como de su descargahacia el circuito de alimentacin interior de la vivienda, evitando adems que seproduzcan cargas o descargas excesivas del conjunto de bateras.

Acumuladores o bateras, permite el almacenamiento de la energa que se

produce durante el da con la radiacin solar para ser utilizada en la noche odurante periodos prolongados de mal tiempo o con poca radiacin solar. Ademsel uso de bateras permite poder inyectar una intensidad de corriente superior a laque los propios paneles solares puedan entregar, si la instalacin interior de lavivienda lo requiere.

Inversor o convertidor DC/AC, dispositivo que permite la conversin de lacorriente continua (DC) generada en los paneles fotovoltaicos en corriente alterna(AC) para que pueda ser empleada por los receptores y electrodomsticosutilizados en la vivienda.


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Figura 6. Esquema de instalacin fotovoltaica para autoconsumo


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2- Componentes del sistema

2.1- Mdulos fotovoltaicos

Los mdulos o paneles fotovoltaicos estn formados por la interconexin declulas solares dispuestas en serie y/o en paralelo de manera que la tensin ycorriente que finalmente proporcione el panel se ajusta al valor requerido.

Figura 7. Panel solar fotovoltaico


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La conexin entre clulas puede ir en serie y/o en paralelo, para adaptar elpanel a los niveles de tensin y corriente requeridos. Cada clula de las quecompone un panel fotovoltaico es capaz de ofrecer una tensin del orden de 0,5voltios y una potencia elctrica alrededor de los 3 watios, aunque este valordepender de la superficie que mida la clula. De esta manera la potencia que

pueda ofrecer un mdulo depender del nmero de clulas que posea, estandodiseado para el suministro elctrico en corriente continua (directa, DC), a undeterminado voltaje (normalmente 12 24 V).

La tensin e intensidad de corriente que es capaz de ofrecer un panelfotovoltaico depender del nmero de clulas que disponga y el tipo de conexinentre clulas. Como norma general, los paneles solares se fabrican disponiendoprimero las clulas necesarias en serie hasta que se alcance la tensin que sedesee a la salida del panel, y a continuacin, estos ramales de clulas se asocianen paralelo hasta alcanzar el nivel de corriente deseado.

Por otro lado, al sistema completo formado por el conjunto de mdulos opaneles fotovoltaicos dispuestos o conexionados en serie y/o en paralelo se lesuele denominar generador fotovoltaico. Con el fin de poder ofrecer la potenciaelctrica deseada, as como de la tensin e intensidad de corriente a la salida delgenerador, los distintos mdulos o paneles sern distribuidos en serie y/o enparalelo, segn convenga.

Para formar un panel o mdulo fotovoltaico, las clulas conectadas unas conotras se dispondrn encapsuladas y montadas sobre una estructura soporte omarco, conformando el llamado mdulo fotovoltaico.

Los elementos que componen un mdulo fotovoltaico son los siguientes:

- Una cubierta exterior transparente realizado en vidrio templado de unos 3 4mm de espesor, con su cara exterior texturada de modo que mejore el


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rendimiento cuando la radiacin solar ocurre a bajo ngulo de incidencia, ascomo para absorber mejor la radiacin solar difusa del ambiente.

- Un material de relleno interior, que funciona de encapsulante, hecho a basede vinilo de acetato etileno (EVA), que sirve para recubrir las clulas fotovoltaicas

dentro del mdulo, protegindolas de la entrada de aire o humedad, y evitando asque se produzca la oxidacin del silicio que conforma las clulas, dado que deproducirse dejaran de funcionar.

- Una cubierta posterior realizada normalmente a base de fluoruro de polivinilo(PVF), que adems de sus propiedades como aislante dielctrico, ofrece granresistencia a la radiacin ultravioleta, contribuyendo a servir de barrera a laentrada de humedad y ofreciendo una gran adhesin al material del que esthecho el encapsulaste interior.

- Las propias clulas fotoelctricas, ya estudiadas en apartados anteriores.- Elementos de conexin elctrica entre clulas, para establecer el circuito

elctrico.

- Una caja estanca de conexiones, dotada de bornes de conexin normalizadosy con grado de proteccin IP65, de donde parte el cableado exterior del mdulopara su conexin con otros mdulos que conforman el sistema completo degeneracin fotovoltaica. En dicha caja se incluyen los diodos de proteccin cuyamisin es la de reducir la posibilidad de prdida de energa debido a un mal

funcionamiento por sombreados parciales de paneles y de evitar la rotura delcircuito elctrico por este efecto. Ello es as porque cuando se produce unasombra parcial sobre un panel, ste deja de generar corriente y se convierte enabsorbedor de energa, lo que producira un recalentamiento excesivo del mismoque podra daarlo.

- El marco estructural realizado generalmente en aluminio anodizado que ofreceresistencia mecnica y soporte al conjunto. Se deber comprobar en lasespecificaciones del fabricante del mdulo su resistencia mecnica frente al vientoy cargas de nieve, de manera que el conjunto se adecue a las condiciones

ambientales del lugar donde se instalen.Las prestaciones de los mdulos que aparecen en la informacin tcnica que

proporciona cualquier fabricante estn obtenidas sometiendo a los mdulos aunas Condiciones Estndar de Medida(CEM) de irradiancia y temperatura, queson siempre las mismas y son utilizadas universalmente para caracterizar clulas,mdulos y generadores solares. Estas condiciones son las siguientes:

- Irradiancia solar: 1000 W/m2;


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- Distribucin espectral: AM 1,5 G;

- Temperatura de clula: 25 C.

No obstante, las condiciones reales de operacin de los mdulos serndistintas a las estndares anteriores, por lo que habr que aplicar los

correspondientes coeficientes correctores a los procedimientos de clculos que serealicen.

Segn se indican en las siguientes grficas de la figura 9, donde se define elfuncionamiento de un mdulo fotovoltaico, el valor de corriente generado por elmdulo crece con la intensidad de radiacin solar, mientras que la tensin queofrece cae conforme aumenta la temperatura alcanzada en las clulas del mdulo.

Figura 9. Curvas de funcionamiento de mdulos fotovoltaicos

Cuando se habla de temperatura alcanzada en las clulas del mdulo, seentiende que es la temperatura que tiene la superficie del panel fotovoltaico, queevidentemente no tiene que ser igual a la de la temperatura ambiente, puesto quela superficie del mdulo se calienta por la radiacin solar que recibe.

Un mdulo fotovoltaico suele trabajar dentro de un rango determinado devalores de intensidad y voltaje, dependiendo de la intensidad de radiacin solarrecibida, de la temperatura alcanzada en su superficie o el valor de la cargaelctrica que alimenta.

En la siguiente figura se representa esquemticamente en lnea continua lacurva intensidad-tensin (I-V) de un mdulo fotovoltaico cualquiera, mientras que


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en lnea discontinua se representa la potencia entregada por el mdulo, para dossituaciones de trabajo (Ay B) distintas.

Figura 10. Curvas I-V y de Potencia

De la anterior figura se observa que se debe hacer trabajar al mdulofotovoltaico en el rango de la tensin de mxima potencia, para s obtener sumejor rendimiento.

En resumen, en funcin de la radiacin solar, la temperatura de las clulas delmdulo (que depender a su vez de la temperatura ambiente, humedad, velocidaddel viento, material de fabricacin del mdulo, etc.) y de la carga elctrica quealimente, el mdulo fotovoltaico generar una determinada intensidad de corriente

(I) a una determinada tensin (V), y cuyo producto marcar la potencia elctrica(P) generada por el mdulo.

A continuacin, se dar el modelo, marca y las caractersticas bsicas del panelseleccionado para este manual de diseo.

Para entender mejor los parmetros incluidos en la ficha de caractersticastcnicas del mdulo, se incluye algunas definiciones para su mejor comprensin:

- Potencia nominal o mxima (PMX

): es tambin conocida como potenciapico del panel. Es el valor mximo de potencia que se puede obtener del panel,y se obtiene del producto entre la tensin y la corriente de salida del panel.Para el mdulo seleccionado ISF-255, el valor de PMX= 255 W(CEM).

- Tensin en circuito abierto (VOC): es el valor mximo de voltaje que semedira en el panel o mdulo si no hubiese paso de corriente entre los bornesdel mismo (intensidad de 0 amperios). Para el mdulo seleccionado ISF-255, elvalor de VOC= 37,9 V(CEM).


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- Intensidad de cortocircuito (ISC): es la mxima intensidad que se puedeobtener del panel fotovoltaico (tensin de salida 0 V). Para el mduloseleccionado ISF-255, el valor de ISC= 8,86 A(CEM).

- Tensin en el punto de mxima potencia (VM VMX): es el valor de latensin en el punto de mxima potencia o potencia pico, que suele ser el 80%

de la de vaco. Tambin se suele representar como VMP. Para el mduloseleccionado ISF-255, el valor de VMP= 30,9 V(CEM).- Intensidad de corriente mxima (IM IMX): es el valor de la corriente en

el punto de mxima potencia o potencia pico. Tambin se suele representarcomo IMP. Para el mdulo seleccionado ISF-255, el valor de IMP= 8,27 A(CEM).Recordemos que CEMse refiere que los valores antes indicados se han

obtenido en Condiciones Estndar de Medida.

2.2- Regulador de carga

Un regulador de carga, cuyo emplazamiento se indica con la letra B en la figuraadjunta, es un equipo encargado de controlar y regular el paso de corriente

elctrica desde los mdulos fotovoltaicos hacia las bateras.

Por lo tanto estos dispositivos funcionan como un cargador de bateras,evitando adems que se produzcan sobrecargas y a la vez limitan la tensin delas bateras a unos valores adecuados para su funcionamiento.


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De este modo, un regulador de carga se encarga de controlar la forma derealizar la carga de las bateras cuando los paneles solares estn recibiendoradiacin solar evitando que se produzcan cargas excesivas.

Y a la inversa, esto es, durante el proceso de descarga de las bateras

destinado al consumo de electricidad en la vivienda, el regulador evita igualmenteque se produzcan descargas excesivas que puedan daar la vida de las bateras.

De un modo sencillo, un regulador se puede entender como un interruptorcolocado en serie entre paneles y bateras, que est cerrado y conectado para elproceso de carga de las bateras, y abierto cuando las bateras estn totalmentecargadas.

Asimismo, en la actualidad la mayora de los reguladores de carga disponen deuna funcin que permite maximizar la energa capturada por el generador

fotovoltaico mediante el uso de una tecnologa especfica de seguimiento ybsqueda del punto de mxima potencia de funcionamiento del generador (MPP,Maximum Power Point), tambin llamado MPP-tracking MPPT (del ingls, track:seguir, rastrear).

El regulador de carga se seleccionar para que sea capaz de resistir sin daosunos valores de tensin nominal e intensidad mxima de acuerdo a laconfiguracin del sistema de generadores fotovoltaicos instalados. De estamanera, ste debe estar dimensionado para soportar la intensidad mxima decorriente generada en el sistema, tanto en la lnea de entrada al regulador

procedente de los generadores fotovoltaicos, como en la lnea de salida hacia lascargas que alimenta.

En este sentido, la corriente mxima prevista por la lnea de entrada alregulador desde los generadores fotovoltaicos es la correspondiente a la corrientede cortocircuito (ISC) del generador fotovoltaico ms un margen de seguridad(generalmente un 25%), para tener en cuenta los posibles picos de irradiancia olos cambios de temperatura.


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Por otro lado, la corriente mxima prevista por la lnea de salida viene dada porel consumo de las cargas del sistema (aparatos elctricos, electrodomsticos,etc.) tambin incrementada en un 25% (Isalida). La eleccin del regulador seraquel que soporte la mayor de las dos anteriores corrientes elctricas, como sever ms adelante en este tutorial.

Como ya se ha visto, el regulador actuar interrumpiendo el suministro deelectricidad desde las bateras de acumulacin hacia la instalacin interior de lavivienda cuando el voltaje de las bateras quede por debajo del umbral defuncionamiento, con objeto de evitar su descarga total que pueda provocar daosen las bateras.

Igualmente, durante los periodos de insolacin donde los paneles solares estngenerando electricidad y el voltaje de las bateras llegue a un valor lmite mximo,el regulador interrumpir la conexin entre los mdulos fotovoltaicos y las

bateras, o bien actuar reduciendo gradualmente la corriente media entregadapor los paneles.

Por lo tanto, a la hora de seleccionar el regulador ms idneo, se deber teneren cuenta que la tensin de desconexin de la carga de consumo del reguladordeber elegirse para que la interrupcin del suministro de electricidad a las cargasse produzca cuando la batera haya alcanzado la profundidad mxima dedescarga permitida, segn indique las especificaciones del fabricante de labatera.

Todo regulador de corriente instalado deber estar convenientemente protegidofrente a cortocircuitos que se produzcan en la lnea de consumo de la vivienda,adems de contra la posibilidad de poder producirse una desconexin accidentalde la batera mientras los paneles estn generando energa.

Las cadas internas de tensin del regulador entre sus terminales de generadory acumulador sern inferiores al 4% de la tensin nominal (0,5 V para 12 V detensin nominal), para sistemas de menos de 1 kW, y del 2% de la tensinnominal para sistemas mayores de 1 kW, incluyendo los terminales. Asimismo, lascadas internas de tensin del regulador entre sus terminales de batera y

consumo sern inferiores al 4% de la tensin nominal (0,5 V para 12 V de tensinnominal), para sistemas de menos de 1 kW, y del 2 % de la tensin nominal parasistemas mayores de 1 kW, incluyendo igualmente los terminales.

En todo caso, las prdidas de energa diarias causadas por el autoconsumo delregulador en condiciones normales de operacin debern ser inferiores al 3 % delconsumo diario de energa.


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Por ltimo, indicar que todo regulador que se emplee en la instalacin deberestar etiquetado con al menos la siguiente informacin:

- Tensin nominal (V)- Corriente mxima (A)

- Fabricante (nombre o logotipo) y nmero de serie- Polaridad de terminales y conexiones

2.3- Bateras y sistemas acumuladores solares

Las bateras, tambin llamado acumuladores solares o fotovoltaicos, se utilizanpara almacenar la energa elctrica generada por el sistema de generadoresfotovoltaicos, con objeto de disponer de ella en periodos nocturnos o en aquellashoras del da que no luzca el sol.

No obstante, tambin pueden desempear otras funciones, como elementosque sirven para estabilizar el voltaje y la corriente de suministro, o para inyectar

picos de corriente en determinados momentos, tales como en el arranque demotores.

Las bateras se componen bsicamente de dos electrodos que se encuentransumergidos en un medio electroltico. Los tipos de bateras ms recomendadaspara uso en instalaciones fotovoltaicas son las de tipo estacionarias de plomocido y de placa tubular, compuestas de un conjunto de vasos electroqumicosinterconectados de 2V cada uno, que se dispondrn en serie y/o paralelo paracompletar los 12, 24 48 V de tensin de suministro y la capacidad de corrienteen continua que sea adecuado en cada caso.

Generalmente a la asociacin elctrica de un conjunto de bateras se le suelellamar sistema acumulador o simplemente acumulador.

En la siguiente tabla se indica el nivel del voltaje del mdulo fotovoltaico enfuncin de las necesidades de consumo de potencia que se demande.


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Tabla 1. Tensin de trabajo del sistema fotovoltaico

Potencia demandada (en W)Tensin de trabajo del sistema

fotovoltaico (en V)

< de 1500 W 12V

Entre 1500 W y 5000 W 24V 48V

> 5000 W 120V 300V

La capacidad de una batera se mide en amperios-hora (Ah), unidad de cargaelctrica que indica la cantidad de carga elctrica que pasa por los terminales deuna batera. Indica la cantidad de electricidad que puede almacenar durante lacarga la batera, para despus devolverla durante su descarga.

No obstante, el tiempo invertido en la descarga de la batera influye de maneradecisiva en su capacidad de almacenaje. De esta forma, conforme ms rpido serealice la descarga de la batera su capacidad de suministro disminuye, debido aque ms energa se pierde por la resistencia interna, y a la inversa, conforme eltiempo de descarga aumenta y se realiza de forma ms lenta, entonces lacapacidad de la batera aumenta.

Por ello, al depender la capacidad de una batera del tiempo invertido en sudescarga, ste valor se suele suministrar referido a un tiempo estndar dedescarga (10 20 horas), y para un voltaje final determinado.

A continuacin, se indicarn las definiciones y comentarios sobre losparmetros ms importantes que definen a las bateras o acumuladores solares.

- Factor de rendimiento de la batera: parmetro que se define como el cocienteentre el valor de los amperios-hora que realmente se puede descargar de labatera dividido por el valor de los amperios-hora empleados en su carga.

- Autodescarga: es la prdida de carga de la batera cuando sta permanece encircuito abierto. Habitualmente se expresa como porcentaje de la capacidadnominal, medida durante un mes, y a una temperatura de 20 C. En general, losvalores de autodescarga de las bateras empleadas no exceder del 6% de sucapacidad nominal por mes.


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- Capacidad nominal, C20(Ah): es la cantidad de carga elctrica que es posibleextraer de una batera en 20 horas, medida a una temperatura de 20 C, hastaque la tensin entre sus terminales llegue a 1,8V/vaso.

- Rgimen de carga (o descarga): es un parmetro que relaciona la capacidadnominal de la batera y el valor de la corriente a la cual se realiza la carga (o la

descarga). Se expresa normalmente en horas, y se representa como un subndiceen el smbolo de la capacidad y de la corriente a la cual se realiza la carga (o ladescarga). Por ejemplo, si una batera de 100 Ahse descarga en 20 horas a unacorriente de 5 A, se dice que el rgimen de descarga es 20 horas(C20= 100 Ah) yla corriente se expresa como I20= 5 A.

- Profundidad de descarga (PD DOD): se define como el cociente entre lacarga extrada de una batera y su capacidad nominal, expresndosenormalmente en %.

- Profundidad de descarga mxima (PDmx): en este caso se define como elnivel mximo de descarga que se le permite a la batera antes que se produzca la

desconexin del regulador, con objeto de proteger la durabilidad de la misma. Lasprofundidades de descarga mximas que se suelen considerar para un ciclo diario(profundidad de descarga mxima diaria) estn en torno al 15-25%. Para el casode un ciclo estacional, que es el nmero mximo de das que podr estar unabatera descargndose sin recibir los mdulos radiacin solar suficiente, est entorno a los 4-10 das y un profundidad de descarga del 75% aproximadamente. Entodo caso, para instalaciones fotovoltaicas no se recomiendan descargasagresivas, sino ms bien progresivas, por lo que las bateras a utilizar suelen sercon descarga de 100 horas(C100), pues cuanto ms intensa y rpida es ladescarga de una batera, menos energa es capaz de suministrarnos.

- Capacidad til: es la capacidad disponible o utilizable de la batera y se definecomo el producto de la capacidad nominal por la profundidad mxima de descargapermitida.

- Estado de carga: se define como el cociente entre la capacidad residual deuna batera, en general parcialmente descargada, y su capacidad nominal.

En la mayora de las ocasiones, los sistemas de acumulacin de energaestarn formado por asociaciones de bateras, que estarn conectadas en serie o

en paralelo, para satisfacer las necesidades, bien de tensin, o bien de capacidadque sean demandadas.

Mediante las asociaciones en serie de bateras se consigue aumentar el voltajefinal respecto a la tensin de servicio que cada batera por s sola puede ofrecer.En el conexionado en serie de varias bateras se debe conectar el borne negativode cada batera con el positivo de la siguiente, y as sucesivamente. La tensin o


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voltaje que proporciona el conjunto es igual a la suma de las tensiones de cadauna de las bateras individuales.

Por el contrario, mediante las asociaciones en paralelo de bateras se consigueaumentar la capacidad de suministro del conjunto, es decir, su autonoma,

sumando las capacidades nominales de cada batera y manteniendo el mismovoltaje de cada batera individual.

Figura 14. Asociaciones de bateras

En otro orden de cosas, la capacidad nominal de los sistemas acumuladoresempleados (medido enAh) no exceder en 25 veces la corriente (enA) de

cortocircuito en CEMdel generador fotovoltaico seleccionado.La vida de un acumulador o batera, definida como la correspondiente hastaque la capacidad residual caiga por debajo del 80% de su capacidad nominal,deber ser superior a 1000 ciclos, cuando se descarga el acumulador hasta unaprofundidad del 50% a 20 C.

Aunque siempre se seguirn las recomendaciones de los fabricantes, durantela instalacin de un sistema acumulador solar se deber asegurar que:

- el acumulador o bateras se siten en lugares ventilados y de accesorestringido;

- se adoptarn las medidas de proteccin necesarias para evitar el cortocircuitoaccidental de los terminales del acumulador, por ejemplo, mediante cubiertasaislantes.

Toda batera empleada en los sistemas acumuladores solares deber estaretiquetada, al menos, con la siguiente informacin:


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- Tensin nominal (V);

- Polaridad de los terminales;

- Capacidad nominal (Ah);

- Fabricante (nombre o logotipo) y nmero de serie.

2.4- Inversor o Convertidor DC/AC

El convertidor de corriente DC/AC, tambin llamado inversor u ondulador, es undispositivo electrnico de potencia encargado de convertir la corriente continua(DC) proveniente de los generadores fotovoltaicos en corriente alterna (AC) parasu consumo en la vivienda. Adems sincroniza la frecuencia de la corrienteinyectada con la de la red, adaptndola a las condiciones requeridas segn el tipode carga, garantizando as la calidad de la energa vertida en la instalacin

elctrica de la vivienda.

Los inversores vienen caracterizados principalmente por la tensin de entradadesde las bateras, la potencia mxima que puede proporcionar y su eficiencia orendimiento de potencia. Este ltimo se define como la relacin entre la potenciaelctrica que el inversor entrega para su uso (potencia de salida) y la potenciaelctrica que extrae del sistema de bateras o de los generadores fotovoltaicos(potencia de entrada).

En general, los inversores en las instalaciones fotovoltaicas deben cumplir lassiguientes exigencias:

- Debern ofrecer una eficiencia lo ms alta posible que minimice las prdidas.El rendimiento de potencia de los inversores (cociente entre la potencia activa desalida y la potencia activa de entrada), oscila entre el 90% y el 97%. El valor del


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rendimiento depende mucho de la potencia de entrada, que deber ser lo mscercana, o incluso tratar que sea igual a la nominal de funcionamiento delinversor, dado que si vara mucho entonces el rendimiento del inversor disminuyesensiblemente.

- Estar adecuadamente protegidos contra cortocircuitos y sobrecargas, como

ms adelante se ver.- Disponer de elementos que incorporen el rearme y desconexin automtica

del inversor.

- Poder admitir demandas instantneas de potencia mayores del 150% de supotencia mxima o nominal, con objeto de hacer frente a los picos de arranqueque originan muchos electrodomsticos, como frigorficos, lavadoras, etc., quevan a demandar mayor potencia que la nominal en el momento de su puesta enmarcha o arranque de sus motores.

- Ofrecer una baja distorsin armnica y bajo autoconsumo.- Disponer de aislamiento galvnico.

- Disponer de sistema de medida y monitorizacin.

- Incorporar controles manuales que permitan el encendido y apagado generaldel inversor, y su conexin y desconexin a la interfaz AC de la instalacin.

Volviendo a las protecciones que deben incorporar en sus funciones losinversores de corriente, stas debern ser las siguientes:

- Proteccin contra sobrecargas y cortocircuitos, que permitir detectar posiblesfallos producidos en los terminales de entrada o salida del inversor.

- Proteccin contra calentamiento excesivo, que permitir desconectar elinversor si la temperatura del inversor sobrepasa un determinado valor umbral, ymantenerse desconectado hasta que el equipo no alcance una temperaturainferior preestablecida.

- Proteccin de funcionamiento modo isla, que desconectar el inversor en casoque los valores de tensin y frecuencia de red queden fuera de unos valoresumbrales que permitan un funcionamiento correcto.

- Proteccin de aislamiento, que detecta posibles fallos de aislamiento en elinversor.

- Proteccin contra inversin de polaridad, que permite proteger el inversorcontra posibles cambios en la polaridad desde los paneles fotovoltaicos.


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Por ltimo, la envolvente o carcasa que protege el dispositivo inversor ofrecerun grado de aislamiento de tipo bsico clase 1 y un grado de proteccin mnimaIP20 para aquellos inversores instalados en el interior de edificios y sean lugaresinaccesibles, de IP30 para inversores situados en el interior de edificios y lugaresaccesibles, y con grado de proteccin mnima de IP 65 para inversores instalados

a la intemperie.

2.5- Cableado

Los sistemas fotovoltaicos, como toda instalacin que queda permanente al airelibre, deben estar diseadas para resistir las duras inclemencias meteorolgicas(temperaturas ambientales extremas, radiacin solar ultravioleta, humedad,resistencia a los impactos...) que condicionan la calidad de los materiales

empleados.

Hasta hace relativamente poco, y debido a la falta de normalizacin al respecto,se utilizaba para el cableado y conexionado entre los paneles, de stos con lacaja del regulador de carga y de aqu al motor elctrico de la bomba, cableselctricos del tipo RV-K, muy comunes en cualquier otra instalacin elctrica, peroque para los usos en instalaciones fotovoltaicas ofrecen caractersticas limitadas.En efecto, el polietileno reticulado de la cubierta de los cables tipo RV-K es unmaterial adecuado para aislamientos de cables elctricos convencionales, peropara aplicaciones ms exigentes, como el caso de las instalaciones fotovoltaicas,

existen actualmente otros materiales tambin reticulados pero con caractersticasmuy mejoradas, idneos para estas aplicaciones.

De este modo, para el uso especfico en instalaciones fotovoltaicas, serecomienda emplear cables del tipo PV ZZ-F, que estn especialmenteconcebidos para aplicaciones fotovoltaicas.


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Los cables PV ZZ-F son cables unipolares con doble aislamiento, que tienencapacidad para transportar corriente continua hasta 1.800 Vde manera eficiente ycon gran durabilidad en el tiempo.

Los cables tipo PV ZZ-F ofrecen gran resistencia trmica, adems de una gran

resistencia climtica (rayos UV, fro, humedad), que se comprueba medianteensayos de resistencia a la intemperie. Tambin presentan un excelentecomportamiento y resistencia al fuego, que se comprueba mediante ensayosespecficos de incendio.

Para ello, los materiales empleado para el aislamiento y la cubierta de este tipode cables son de alta calidad, reticulados, de alta resistencia mecnica,resistentes tambin a la abrasin, flexibles y libres de halgenos.

Asimismo, el conductor interior de los cables PV ZZ-F deber estar estaado,

confirindose as una mayor resistencia a una posible corrosin por oxidacin.En la siguiente tabla se indica el tipo de cable que se va a emplear en los

tramos en continua:

Tabla 2. Cables flexibles tipo PV ZZ-F

Conductor: Cobre electroltico estaado, clase 5 (flexible) segn EN 60228

Aislamiento: Goma libre de halgenos tipo EI6.

Cubierta: Goma ignifugada tipo EM8, libre de halgenos y con baja emisin de humos y gases

corrosivos en caso de incendio.Embalaje: Disponible en rollos con film retractilado (longitudes de 50 y 100 m) y bobinas.

Norma Nacional/ Europea: UNE-EN 60332-1 / UNE-EN 50267-1 / UNE-EN 50267-2 / UNE-EN61034 / NFC 32-070 (C2)

Norma Internacional: IEC 60332-1 / IEC 60754-1 / IEC 60754-2 / IEC 61034

Caractersticas:


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Los tramos de cables en corriente continua sern tramos compuestos de dos conductoresactivos (positivo y negativo) ms el conductor de proteccin.

Para el clculo de la seccin (S) de conductores en corriente continua, como es

ste el caso de las instalaciones fotovoltaicas, se emplear la siguienteformulacin:

S=2 L I

U K

donde,

S es la seccin del conductor del cable en continua, en mm2

L es la longitud del tramo de conductor que se est considerando, en mI es la intensidad de corriente que circula por el conductor, en amperios (A)U es la cada de tensin mxima permitida en el tramo, en voltios (V)K es la conductividad del conductor del cable (56 Cu ; 35 Al)

En la siguiente tabla se indican los porcentajes de cada de tensin mximas yrecomendadas para cada tramo en una instalacin fotovoltaica para riego directo:


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Tabla 3. Porcentajes de cada de tensin (%)

Tramo Mxima Recomendada

Paneles - Regulador 3% 1%

Regulador - Bomba sumergible 5% 3%

En la tabla adjunta se indican las secciones de cables ms empleadas en instalacionesfotovoltaicas de una casa comercial, con indicacin de la intensidad mxima del cable ysu cada de tensin en DC:

Tabla 4. Secciones de cable e intensidad de corriente para cables de corriente continuaen instalaciones fotovoltaicas

La siguiente tabla es una comparacin entre los calibres AWG (American WireGauge) usados en Amrica y los mm2del Sistema Mtrico:

Tabla 5. Tabla de conversin AWG - mm

2

AWG 18 17 16 14 12 10 8 6 4 2 1 1/0 2/0 3/0

mm2 0,75 1,0 1,5 2,5 4,0 6,0 10 16 25 35 50 55 70 95


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Por otro lado, se recomienda que el cableado que se emplee cumpla con elreglamento electrotcnico de baja tensin que le sea de aplicacin en cada pas(REBT 2002, en el caso de Espaa) en todos los tramos de la instalacin, tanto enlos tramos de continua (directa) que abarca desde el generador fotovoltaico hastasu conexin con el inversor, como en los tramos de corriente alterna a partir de la

salida del inversor hacia la instalacin elctrica interior de la vivienda.Como ya se indic, los tramos de corriente continua sern tramos compuestos

de dos conductores activos (positivo y negativo) ms el conductor de proteccin,mientras que los tramos en corriente alterna, que ser de tipo monofsica la quealimente la instalacin interior de la vivienda, estarn compuestos de dosconductores, fase y neutro, ms otro conductor de proteccin.

As, para los tramos en alterna, aguas abajo del inversor, se emplearn cablesconductores de cobre con doble capa de aislante en PVC y tensin nominal deaislamiento 0,6/1 kV. Asimismo, estos conductores irn alojados en el interior deconductos o tubos corrugados de PVC sobre montaje superficial en paredes ytechos. Se adjunta la siguiente tabla donde se indican las intensidades mximasadmisibles para los cables segn su seccin y la naturaleza de su aislamiento.


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Tabla 6. Intensidades admisibles (A) al aire 40 C. N de conductores con carga ynaturaleza del aislamiento

Por otro lado, los cables conductores irn alojados por el interior de tubos oconductos rgidos de PVC para su proteccin. Dichos tubos irn instalados enmontaje superficial sobre las paredes y techo de la vivienda.

Los tubos debern tener un dimetro tal que permitan un fcil alojamiento yextraccin de los cables alojados. Para la correcta eleccin del dimetro del tubo


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protector se utilizar la siguiente tabla. En ella se indican los dimetros exterioresmnimos de los tubos en funcin del nmero y la seccin de los conductores quese alojan en su interior.

Tabla 7. Dimetros exteriores mnimos de los tubos protectores.

La correcta eleccin de la seccin del cable conductor es de suma importancia,dado que un mal clculo podra suponer que la intensidad que circule por el cablesea superior a la admisible segn su seccin, lo que se traducira en uncalentamiento excesivo del cable que podra daar su aislamiento y por tantoafectar en la durabilidad del cable, y en caso extremo, en incurrir en un peligro

real de incendio.

La determinacin reglamentaria de la seccin de un cable consiste en calcularla seccin mnima normalizada que satisface simultneamente las doscondiciones siguientes:

- Criterio trmico: esta condicin establece que la intensidad que circule por elcable sea inferior a la mxima intensidad admisible, segn su seccin. La


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intensidad admisible de cada cable conductor se pueden consultar en tablas (vertabla anterior), en funcin de la seccin, tipo de aislamiento y temperatura delcable.

- Por cada de tensin mxima permitida en los conductores: mediante estecriterio se limita las prdidas por cada de tensin en el cable. En este sentido,

segn se indica en el Pliego de Condiciones Tcnicas del IDEA, para losconductores de la instalacin donde circule corriente continua (directa) la mximacada de tensin permitida ser del 1,5%.

Las expresiones y frmulas que proporcionan la manera de calcular lassecciones mnimas que han de tener los cables en cada tramo de la instalacin seindican en el apartado 4.5de este tutorial.

2.6- Protecciones

Se tratar en este tutorial slo de las protecciones necesarias para instalar en

la parte continua, situadas antes del inversor, con objeto de poder detectar yeliminar cualquier incidente en la instalacin, garantizando as la proteccin de losequipos conectados y de las personas.

Adems de las protecciones integradas en el inversor, habr que incluir losdispositivos de proteccin necesarios que realicen las siguientes labores deprotecciones elctricas:

Proteccin contra sobrecargasProteccin contra cortocircuitosProteccin contra sobretensiones

- Proteccin contra sobrecargas:

Una sobrecarga ocurre cuando existe un valor excesivo de intensidadocasionado por un defecto de aislamiento, una avera o una demanda excesiva decarga.

Una sobrecarga en los cables genera un calentamiento excesivo de losmismos, lo que provoca su dao prematuro, reduciendo su vida til. Adems, unasobrecarga que se prolongue en el tiempo y no sea solucionada, puede terminarocasionando un cortocircuito en la instalacin.

Los dispositivos de proteccin contra sobrecargas podrn ser, bien uninterruptor automtico de corte omnipolar con curva trmica de corte, o un fusible.En el clculo de la instalacin, objeto de este tutorial, se ha escogido un fusiblecomo elemento de proteccin.


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Pero en general, los dispositivos que se empleen para la proteccin de lainstalacin contra sobrecargas, debern cumplir las siguientes dos condiciones:

IbInIadm

siendo,

Ib, la intensidad de diseo del circuito, segn la previsin de cargas.In, la intensidad nominal del interruptor, es decir, el calibre asignado.Iadm, es la mxima intensidad admisible del cable conductor.

Y la otra condicin:

Icd1,45 Iadm

siendo,

Icd, la intensidad de ajuste (desconexin) del interruptor y que asegura el

funcionamiento efectivo del dispositivo de proteccin. En fusibles es la intensidadde fusin (If) en 5segundos.Como en este caso se va a emplear fusibles como elementos de proteccin

contra sobrecargas de corriente, adems se cumple que Icd= If y en este caso,para los fusibles elegidos, tambin que If= 1,60In

Por lo que la anterior relacin, para el caso de fusibles como elemento deproteccin, quedara como sigue:

IbIn0,9Iadm

Un fusible consiste fundamentalmente en un alambre o tira metlica inserta enel circuito de corriente que al rebasarse cierta intensidad se funde, provocando ladesconexin y protegiendo as al circuito. Por lo tanto, todo fusible habr quereponerlo despus de cada cortocircuito que se produzca.

La intensidad nominal de un fusible es el valor de la intensidad de corrientecontinua que puede soportar indefinidamente. Como criterio general un fusible es


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capaz de despejar una falta de intensidad 5 veces la nominal en un tiempo de0,1s.

A la hora de seleccionar el fusible se deber tener en cuenta los siguientesfactores:

Tensin nominal Vndel fusible, que deber ser mayor o igual que la tensinde operacin de la lnea donde se instale.

La intensidad nominal Indel fusible deber ser mayor o igual que la mximacorriente esperada en la lnea donde se instale.

La intensidad de actuacin o ruptura del fusible actuar en un tiempoinferior a 0,1 s.

Que la intensidad de cortocircuito mxima que pueda soportar el fusible seamayor que la mxima intensidad de cortocircuito esperada en el punto de lalnea donde se instale el fusible.

- Proteccin contra cortocircuitos:

El origen para que se produzca un cortocircuito suele estar en una conexinincorrecta o en un defecto de aislamiento.

Todo equipo de proteccin empleado para limitar la incidencia de uncortocircuito deber cumplir con las siguientes dos condiciones:

I2 t Icu

siendo,

I, la intensidad de disparo.t, es el tiempo de despeje (al producto I2 t se le suele llamar energa de

paso).Icu es la mxima intensidad de cortocircuito soportada por el cable,

siendo Icu= k2 S2, donde kes un valor de correccin del material del cable

(115para conductor de cobre aislado con PVC; 143 para conductor de cobreaislado con XLPE EPR y 94para conductores de aluminio), y Ses la seccin delconductor en mm2.

PdC Isc,mx

siendo,

PdC, el poder de corte del dispositivo de proteccin.Isc,mx es la mxima intensidad de cortocircuito prevista en el punto de

instalacin.


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En todo caso, para que la proteccin contra cortocircuitos sea eficaz, se debecumplir que el tiempo de corte de toda corriente de cortocircuito que se produzcaen un punto cualquiera de la instalacin, no debe ser superior al tiempo que losconductores tardan en alcanzar su temperatura lmite admisible.

- Proteccin contra sobretensiones:

Generalmente, una sobretensin en una instalacin fotovoltaica paraautoconsumo tiene su origen en descargas atmosfricas (rayos) que se realizansobre las partes altas de la estructura metlica que soporta los paneles.

La proteccin contra estos fenmenos se realiza con unos aparatos llamadosautovlvulas o pararrayos. Realmente son unos descargadores de corriente queofrecen una resistencia de tipo inversa, fabricada con xido de zinc (ZnO) carburo de silicio (SiC), cuyo valor disminuye al aumentar la tensin que se aplica

sobre ella.

Estos aparatos debern colocarse lo ms cerca posible del equipo a proteger,para que pueda derivar a tierra el exceso de tensin originado por la descarga deun rayo, de manera que absorba las sobretensiones que se puedan producir en lainstalacin y evitando as la perforacin de los aislamientos.

3- Datos de partida3.1- EmplazamientoDependiendo del rea geogrfica donde se pretenda realizar la instalacin fotovoltaica se

debe tener en cuenta la carta de radiacin solar anual, para tener en cuenta al momento deseleccionar algn modelo de panel y la disposicin fsica del mismo.

Se debern conocer los datos de coordenadas y la altitud promedio del asentamiento.

3.2- Disposicin de los mdulos

La disposicin de los mdulos fotovoltaicos, definido por su orientacin einclinacin, repercute de manera decisiva en su rendimiento. Lo ideal es emplearmdulos con seguidor que permiten en todo momento orientar los panelesfotovoltaicos hacia el sol lo que garantiza el mximo uso de la radiacin solar. Seestima en un 40% el incremento de la potencia entregada por aquellos mdulosque emplean un sistema de seguimiento respecto a los paneles instalados fijos.No obstante, en este tutorial se har uso de mdulos solares fijos, mucho ms


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econmicos y simples de instalar, para lo cual habr que definir su orientacin einclinacin para que resulten lo ms eficiente posible.

La vivienda dispone como techo una azotea o cubierta plana transitable, lo quepermite dotar a los mdulos de la orientacin e inclinacin que ms convenga, con

slo emplear estructuras auxiliares con el diseo adecuado donde apoyar lospaneles fotovoltaicos.

La orientacin de los paneles solares ser tal que stos se dispongan siempre"mirando" hacia el ecuador terrestre. Esto supone orientacin sur para aquellasinstalaciones situadas en el hemisferio norte terrestre, y orientadas hacia el nortepara las instalaciones situadas en el hemisferio sur. No obstante, son admisiblesunas desviaciones de hasta 20respecto del ecuador del observador sin que seproduzcan grandes prdidas de rendimiento.

En concreto, para las instalaciones que se siten en el hemisferio norte, comoes el caso de estudio de este tutorial, la orientacin se define por el ngulollamado azimut(), que es el ngulo que forma la proyeccin sobre el planohorizontal de la normal a la superficie del mdulo y el meridiano (orientacin sur)del lugar. Toma el valor 0para mdulos orientados al sur, -90para mdulosorientados al este, +90para mdulos orientados al oeste.

Figura 16. Definicin de la orientacin e inclinacin del mdulo fotovoltaico

Por otro lado, el ngulo de inclinacin () es aquel que forma la superficie delmdulo con el plano horizontal, tal como se ve en la figura anterior. Su valores 0para mdulos horizontales y 90si son verticales.


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El valor de la inclinacin de los paneles solares con respecto a la horizontal,cuando se pretende que la instalacin se use todo el ao con un rendimientoaceptable, coincide aproximadamente con la latitud del lugar donde se instale. Sila instalacin se usa principalmente en invierno, entonces la inclinacin ptima delos mdulos sera la obtenida de sumarle a la latitud 10. Y por el contrario, si la

instalacin va a usarse bsicamente en verano, la inclinacin que habra queproporcionarle a los mdulos sera el resultado de restar a la latitud del lugar 20.Por ltimo, si se pretende un diseo ptimo que funcione para todo el ao, lainclinacin que habr que proporcionarle al panel solar ser igual a la latitud dellugar, como se ha dicho

En resumen, la disposicin final de los mdulos ser la que se indica en lasiguiente tabla:

Tabla 8. Orientacin en inclinacin de los mdulos solares

Orientacin Sur (Azimut, ) Inclinacin ()

0 45

En otros casos, la disposicin de los paneles solares (orientacin e inclinacin)

puede estar ms restringida o incluso prefijada (por ejemplo, cuando los panelesse colocan adoptando la pendiente de las cubiertas de aquellas viviendas contejados inclinados, adoptando la orientacin e inclinacin que tengan stos).

3.3- Estimacin del consumo

Si se dispone de informacin acerca del nmero y rgimen de funcionamientode los aparatos elctricos que va a disponer habitualmente la vivienda, se podraobtener una estimacin del consumo energtico muy aproximado, mediante elproducto de las potencias nominales de cada aparato por las horas defuncionamiento previstas de cada uno de ellos, y posteriormente realizando susuma. Es importante incrementar el resultado en al menos un 30% adicional comocoeficiente de seguridad, con objeto de tener en cuenta tambin los picos depotencia que se producen en los arranques de algunos aparatos elctricos.


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Si no se dispone de informacin ms precisa, se pueden emplear tablas quepresentan ratios normales de consumos para viviendas, en funcin de losusuarios habituales, como la que se muestra a continuacin.

Tabla 9. Datos de consumo medio de electricidad por ao en vivienda

N. de personas por vivienda Consumo medio anual de electricidadKWh

1 1800

2 2700

3 3500

4 4150

5 4900

Consumo anual estndar 3500 KWh

A efectos de este tutorial, se disear la instalacin para un consumoestimado anualde 3500 kWh.

El anterior valor no tiene en cuenta las prdidas localizadas en loscomponentes y equipos situados entre los generadores solares y la instalacinelctrica interior de la vivienda, esto es, el dispositivo regulador, las bateras y elinversor o convertidor de corriente.

A continuacin se indicarn los rendimientos considerados para cada uno delos dispositivos anteriores. Estos valores aqu considerados debern sercomprobados una vez se hayan seleccionados los modelos reales de dispositivosa instalar.

Rendimiento regulador, REG= 0,95;Rendimiento bateras, BAT= 0,94;Rendimiento inversor, INV= 0,96;

Teniendo en cuenta los anteriores rendimientos, el consumo anual estimado(Cea) valdr:Cea= 3500 / (0,95 0,94 0,96) = 4082,68 kWh.

Considerando 365das al ao, el consumo estimado diario (Ced) sera de:Ced= 11,185 kWh.


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Otra forma de proporcionar el consumo es expresarlo en Amperios-horas y porda (QAh). En este caso la expresin que proporciona el consumo sera lasiguiente:

CedQAh=

VBAT

Siendo, VBAT, la tensin de trabajo de la batera de acumulacin, en este caso,y segn la tabla 1 del apartado 2.3, de valor 24 Voltios.

Sustituyendo, se tiene el siguiente consumo:

11185 WhQAh= = 466 Ah/da

24V

3.4- Radiacin solar disponible

El conocimiento de la radiacin solar que se produce en el lugar donde se va arealizar la instalacin es determinante, tanto para conocer la energa disponible,como para analizar el comportamiento de los componentes del sistema.

Habitualmente se utilizan los trminos de irradiacin e irradiancia para definir laradiacin solar disponible. La irradiacin (Wh/m2) se define como la energaincidente por unidad de superficie durante un determinado periodo de tiempo,mientras que la irradiancia (W/m2) se refiere a la potencia instantnea recibida porunidad de superficie, o dicho de otro modo, la energa incidente por unidad desuperficie y unidad de tiempo.

Para el diseo de instalaciones fotovoltaicas, y con el fin de poder evaluar laenerga que puede producir la instalacin en cada mes de ao, se define elconcepto de nmero de horas de sol pico(HSP) del lugar en cuestin, y querepresenta las horas de sol disponibles a una hipottica irradiancia solar constantede 1000 W/m2.


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En este sentido existe una multitud de bases de datos de donde se puedeobtener informacin sobre la radiacin solar disponible en cualquier lugar delplaneta. Se adjuntan algunos enlaces que proporcionan valores de la radiacinsolar:

Para el caso concreto de este tutorial, se va a emplear la base datosdel PVGIS, Photovoltaic Geographical Information System, para obtener losvalores de irradiacin diaria para la localizacin del lugar elegido (Arahal-Espaa:37 14' 1'' Norte, 5 32' 33'' Oeste), inclinacin de la superficie de los paneles(=45) y orientacin sur (Azimut, =0), para el mes de diciembre, que es el msdesfavorable para el lugar en cuestin, obtenindose el siguiente resultado:

Tabla 10. Promedio diario de irradiacin global recibido por metro cuadrado demdulo

Mes HSP (kWh/m2)

Diciembre 4,56


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4- Clculo de la instalacin

4.1- Nmero y conexionado de los mdulos solares

Para el clculo del nmero de paneles solares necesarios para satisfacer la

demanda elctrica prevista en la vivienda, se emplear la expresin siguiente enfuncin del emplazamiento y tipo de panel solar que se vaya a instalar:

CedNmd=

PMP HSPcrt PR

siendo,

Ced, el consumo diario estimado, visto en el apartado 3.3, de valor 11,185

kWh.PMP, es la potencia pico del mdulo ISF-255 seleccionado en condiciones

estndar de medida (CEM), visto en el apartado 2.1, de valor 255 W;HSPcrt, es el valor de las horas de sol pico del mes crtico (en este caso

diciembre), visto en el apartado 3.4 anterior, de valor4,56 HSP;PR, es el "Performance Ratio" de la instalacin o rendimiento energtico de la

instalacin, definido como la eficiencia de la instalacin en condiciones reales detrabajo, donde se tienen en cuenta las siguientes prdidas originadas:

Prdidas por dispersin de potencia de los mdulosPrdidas por incremento de temperatura de las clulas fotovoltaicasPrdidas debida a la acumulacin de suciedad en los mdulosPrdidas por sombrasPrdidas por degradacin de los mdulosPrdidas elctricasPrdidas por reflectancia

A continuacin, se valorarn las distintas prdidas anteriores con objeto depoder estimar el "Performance Ratio" (PR) de la instalacin.

- Prdidas por dispersin de potencia de los mdulos:

La potencia que pueden desarrollar los mdulos no es exactamente la misma, ypor lo tanto tampoco lo son ni su intensidad ni su tensin de mxima potencia. Deeste modo, cuando se constituye un sistema generador formado por variospaneles o mdulos conectados en serie, este hecho induce a que se produzcauna prdida de potencia debido a que el valor de la intensidad de corriente depaso ser igual a la de menor valor de los paneles colocados en serie.


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Para minimizar este efecto, los mdulos se clasifican por su intensidad, quesuele venir indicado con una letra grabada mediante un adhesivo adherido almarco de un panel, de manera que se puede escoger los paneles similares a lahora de armar las series durante la instalacin.

En esta ocasin, y segn se puede consultar en el catlogo de propiedades

tcnicas suministrado por el fabricante de los mdulos fotovoltaicos seleccionados(ver apartado 2.1 de este tutorial), la tolerancia de potencia (%Pmx) del mduloseleccionado es de 0/+3%, por lo que las posibles prdidas por dispersin depotencia se pueden estimar en un 3%.

- Prdidas por incremento de temperatura de las clulas fotovoltaicas:

El rendimiento de los mdulos fotovoltaicos disminuye con el incremento de latemperatura a la que se encuentra la superficie del panel. Al ser un elementoexpuesto a la radiacin solar de manera continuada es necesario que exista unabuena ventilacin tanto por la superficie expuesta al sol como por la parteposterior de los mdulos. No obstante, incluso con buena ventilacin, se produceun incremento de temperatura de la superficie de los mdulos con respecto a latemperatura ambiente exterior.

Para el clculo del factor que considera las prdidas por incremento de latemperatura del panel (PT), se suele emplear la siguiente expresin:

PT= KT (Tc- 25C)

siendo,

KT, el coeficiente de temperatura, medido en C-1. Generalmente este valor

viene dado por el fabricante de la placa solar, aunque si este dato no loproporcionara el fabricante se puede tomar por defecto el valor de 0,0035 C-1. Eneste caso, s se puede extraer del catlogo del fabricante que contiene lainformacin tcnica de la placa (consultar enlace del apartado 2.1), siendo KT=0,0044 C-1.

Tc, es la temperatura media mensual a la que trabajan las placas fotovoltaicas.Para calcular esta temperatura, Tc, se suele emplear la siguiente expresin:

(Tonc- 20 C) ETc = Tamb+

800

siendo,

Tamb, la temperatura ambiente media mensual del lugar donde se instalarn losmdulos fotovoltaicos. Este es un dato que puede ser extrado de la informacinque albergan las agencias de meteorologa oficiales en cada pas. En este caso,


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para la localidad deArahal(Sevilla-Espaa), lugar elegido para realizar lainstalacin, la temperatura media para el mes de diciembre es de 11,1C.

Tonc, es la temperatura de operacin nominal de la clula, definida como latemperatura que alcanzan las clulas solares cuando se somete al mdulo a unairradiancia de 800 W/m2con distribucin espectralAM 1,5 G, la temperatura

ambiente es de 20 Cy la velocidad del viento de 1 m/s. Este dato tambin essuministrado por el fabricante del mdulo solar, siendo el valor en este caso Tonc=45C.

E, es la radiacin media en un da soleado del mes en cuestin, que en estecaso es de valor 590 W/m2 para el mes de diciembre en la localidad de Arahal(Sevilla).

Sustituyendo los valores en la expresin anterior, resulta que la temperaturamedia mensual (Tc) a la que trabajan las placas fotovoltaicas, resulta ser de:

Tc= 11,1 + 18,4 = 29,5 CPor lo que el factor que considera las prdidas por incremento de la

temperatura del panel (PT) resulta ser:PT= KT (Tc- 25 C)= 0,0044 (29,5 - 25)= 0,019Resultando unas prdidas por incremento de temperatura de los mdulos

fotovoltaicos del 1,9%.- Prdidas debida a la acumulacin de suciedad en los mdulos:

En unas condiciones normales de emplazamiento y realizando tareas demantenimiento y limpieza correspondientes de forma regular, los panelesfotovoltaicos no deben superar unas perdidas por este concepto del 3%.

- Prdidas por sombras:Las prdidas por el sombreado parcial de los generadores fotovoltaicos que

penalizan su produccin elctrica se pueden estimar en torno al 4%.- Prdidas por degradacin de los mdulos:

Estas prdidas se deben a un proceso natural de degradacin de todas lasclulas de silicio debido a su exposicin a la radiacin solar, que de forma usualse admite que sean del orden del 1%.

- Prdidas elctricas:La instalacin elctrica y el conexionado entre mdulos, y de stos con los

dems componentes de la instalacin fotovoltaica, se deber realizar segn lasrecomendaciones recogidas en el Pliego de Condiciones Tcnicas del IDEA,donde se indica que la cada de tensin no podr superar el 3%(1,5%para la

parte de corriente continua o directa y del 2%para los conductores de la parte decorriente alterna). Por tanto, teniendo en cuenta estas consideraciones, seestiman que las prdidas elctricas sern del 3%.

- Prdidas por reflectancia:Este tipo de prdidas, que hacen referencia a los efectos angulares de la

reflexin en los mdulos, fueron estimadas por la Universidad de Ginebra y debenconsiderarse en un 2,9%.


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Finalmente, contabilizando todas las prdidas anteriores, se obtiene el"Performance Ratio" (PR) o rendimiento energtico de la instalacin, definidocomo la eficiencia alcanzada en la instalacin, y de valor en este caso de:

PR = 100% - 3% - 1,9% - 3% - 4% - 1% - 3% - 2,9% = 81,2%

Por lo que la expresin anterior del principio de este apartado, que serva parael clculo del nmero de paneles solares necesarios, resultar valer lo siguiente:

CedNmd=

PMP HSPcrt PR

para,

Ced(consumo diario estimado)= 11185 Wh

PMP(potencia pico del mdulo seleccionado)= 255 WHSPcrt(horas de sol pico)= 4,56 HSPPR(performance ratio)= 0,812.Por lo que para calcular el nmero de mdulos totales (Nmd) se sustituye en la

expresin anterior:11185

Nmd=255 4,56 0,812

resultando, Nmd= 11,85 12Se instalarn finalmente 12 mdulosfotovoltaicos, del tipo

MDULO MONOCRISTALINO ISF-255, marca ISOFOTN.Para establecer la conexin entre mdulos, si en serie o en paralelo, teniendo

en cuenta que el mdulo seleccionado, tipo Monocristalino ISF-255, del fabricanteIsofotn, tiene una tensin en el punto de mxima potencia (VMP) de 30,9V, resultaque el nmero de paneles necesarios que habr que colocar en serie paraalcanzar la tensin de trabajo del sistema, que es de 24 V, segn se indic en latabla 1 del apartado 2.3, vendr dada por la siguiente expresin:

Nserie

= 24V / VMP

= 24V / 30,9V = 0,78 1

Mientras que el nmero de paneles a colocar en paralelo ser calculadomediante la expresin siguiente:

Nparalelo= Nmd,Total/ Nserie= 12/1 = 12Por lo tanto, finalmente el sistema generador fotovoltaico constar de 12

ramales conectados en paralelo, con un panel ISF-255 por ramal.


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Llegados a este punto, conviene hacer un inciso acerca de una funcinadicional de los reguladores de carga. Estos dispositivos tratan de optimizar elrendimiento de toda instalacin fotovoltaica, buscando el punto de operacin de la

instalacin que coincida con el de mxima potencia reflejado en la curva decaractersticas del generador fotovoltaico.

Ahora bien, en el caso que no se instale un regulador que incorpore el modo deseguimiento del punto de mxima potencia en el funcionamiento de losgeneradores fotovoltaicos, se deber utilizar otro criterio, el de Amperios-hora(Ah), para calcular el conexionado de los paneles solares.

- Caso b): Clculo del nmero de paneles cuando el regulador instalado noincluya el seguimiento y bsqueda del punto de mxima potencia (reguladorsin MPP). Criterio por Amperios-hora:

En este caso, ser la batera instalada la que marque la tensin de trabajodel sistema (12, 24, 48 Voltios), y rara vez se alcanzar el punto defuncionamiento donde los mdulos solares entreguen la mxima potencia.

Segn se vio en el apartado 3.3, el consumo de energa expresado enAmperios-horas y por da (QAh), viene expresado de la siguiente manera:

CedQAh=

VBAT

siendo,

Ced el consumo diario estimado;VBAT la tensin de trabajo de la batera de acumulacin.

Segn se vio en el apartado 3.3 estos parmetros toman los siguientes valores:

Ced= 11,185 kWhVBAT= 24 V

Por lo que sustituyendo en la expresin anterior:

11185 WhQAh=

24 V


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Resultando el consumo medio diario de:

QAh= 466 Ah/daDe esta forma, el valor de la corriente elctrica (IMPT) que debe generar el total

de los mdulos fotovoltaicos en las condiciones de radiacin solar del mes crtico(en este caso, diciembre) vendr dado por la expresin siguiente:

QAhIMPT=

HSPcrt

Que sustituyendo los correspondientes valores en la expresin anterior:466

IMPT=4,56

Resultando finalmente, el valor de la corriente elctrica (IMPT) de:.

IMPT= 102,19 ASiendo como se ha dicho, (IMPT) el valor de la corriente elctrica que debe

generar el total de los paneles instalados.Por este mtodo, el nmero de paneles para colocar en paralelo (Nparalelo) se

calcula dividiendo la corriente total (IMPT) que debe generar el sistema por lacorriente unitaria de cada panel (IMP), obtenindose lo siguiente:

Nparalelo= IMPT/ IMP= 102,19/8,27 = 12,36Siendo (IMP) el valor de la corriente en el punto de mxima potencia o potencia

pico del mdulo seleccionado ISF-255, de valorIMP= 8,27 A(ver apartado 2.1).Por este otro mtodo da como resultado la instalacin de 13 ramales en

paralelo, con un mdulo por ramal, para el caso que se utilice un regulador decarga que NOincluya una funcin de bsqueda y deteccin del punto de mximapotencia.

No obstante, para este caso de estudio se emplear un dispositivo reguladorque S incluya funcin de seguimiento y deteccin del MPP (punto de mximapotencia), por lo que el sistema generador fotovoltaico constar finalmentede 12ramales conectados en paralelo, con un panel por ramal, como se calculanteriormente.


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- Caso b): Clculo del nmero de paneles cuando el regulador instalado noincluya el seguimiento y bsqueda del punto de mxima potencia (reguladorsin MPP). Criterio por Amperios-hora:

En este caso, ser la batera instalada la que marque la tensin de trabajodel sistema (12, 24, 48 Voltios), y rara vez se alcanzar el punto defuncionamiento donde los mdulos solares entreguen la mxima potencia.

Segn se vio en el apartado 3.3, el consumo de energa expresado enAmperios-horas y por da (QAh), viene expresado de la siguiente manera:

CedQAh=

VBAT

siendo,

Ced el consumo diario estimado;VBAT la tensin de trabajo de la batera de acumulacin.

Segn se vio en el apartado 3.3 estos parmetros toman los siguientes valores:

Ced= 11,185 kWhVBAT= 24 V

Por lo que sustituyendo en la expresin anterior:11185 Wh

QAh=24 V

Resultando el consumo medio diario de:

QAh= 466 Ah/da

De esta forma, el valor de la corriente elctrica (IMPT) que debe generar el totalde los mdulos fotovoltaicos en las condiciones de radiacin solar del mes crtico(en este caso, diciembre) vendr dado por la expresin siguiente:

QAhIMPT=

HSPcrt


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Que sustituyendo los correspondientes valores en la expresin anterior:

466

IMPT=4,56

Resultando finalmente, el valor de la corriente elctrica (IMPT) de:

IMPT= 102,19 ASiendo como se ha dicho, (IMPT) el valor de la corriente elctrica que debe

generar el total de los paneles instalados.Por este mtodo, el nmero de paneles para colocar en paralelo (Nparalelo) se

calcula dividiendo la corriente total (IMPT) que debe generar el sistema por lacorriente unitaria de cada panel (IMP), obtenindose lo siguiente:Nparalelo= IMPT/ IMP= 102,19/8,27 = 12,36Siendo (IMP) el valor de la corriente en el punto de mxima potencia o potencia

pico del mdulo seleccionado ISF-255, de valorIMP= 8,27 A(ver apartado 2.1).Por este otro mtodo da como resultado la instalacin de 13 ramales en

paralelo, con un mdulo por ramal, para el caso que se utilice un regulador decarga que NOincluya una funcin de bsqueda y deteccin del punto de mximapotencia.

No obstante, para este caso de estudio se emplear un dispositivo regulador

que S incluya funcin de seguimiento y deteccin del MPP (punto de mximapotencia), por lo que el sistema generador fotovoltaico constar finalmentede 12ramales conectados en paralelo, con un panel por ramal, como se calculanteriormente.

4.2- Clculo de las bateras

Para el clculo de las bateras o acumuladores solares, los dos parmetrosimportantes necesarios para su dimensionado son la mxima profundidad dedescarga (estacional y diaria) y el nmero de das de autonoma. En este caso, se

tomarn como valores los siguientes, segn el modelo de batera seleccionado:Profundidad de Descarga Mxima Estacional, PDMX,e= 75% (0,75)Profundidad de Descarga Mxima Diaria, PDMX,d= 25% (0,25)Nmero de das de autonoma, n = 4 das

Para el clculo de la capacidad nominal (CNBAT) necesaria que deben ofrecerlas bateras, sta ser la que resulte del mayor valor calculado al emplear lasdescargas previstas, diaria y estacional.


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Como conclusin, para la seleccin de las bateras se tomar como valormnimo de la capacidad el mayor valor obtenido de los anteriores, resultando eneste caso CNBAT= 2485 Ah

La batera seleccionada, por tanto, estar compuesta de 12 vasos en serie(necesarios para obtener los 24V finales de tensin de servicio), de la gama de

celdas de 2V EcoSafe TS, de la marca EnerSys.En concreto, se seleccionar la batera Enersys Ecosafe, modelo TZS13(13OPzS), de 2Vel vaso y una capacidad de 2640Ah C120, segn muestra en elsiguiente enlace de un distribuidor comercial de bateras que incluye lascaractersticas tcnicas de la batera seleccionada:

4.3- Clculo del regulador

Para la seleccin del regulador de carga es necesario calcular cul ser lamxima corriente que deber soportar, tanto en la entrada como en su salida.

Para el clculo de la mxima corriente de entrada al regulador (IRe), queproviene de los mdulos fotovoltaicos, se emplear la siguiente expresin:

IRe= 1,25 ISC Nparalelo

donde,

ISC es la intensidad de cortocircuito del mdulo fotovoltaico seleccionado ISF-255, de valor ISC= 8,86 A(CEM).Nparalelo es el nmero de ramales de paneles solares dispuestos en paralelo del

generador fotovoltaico que se vaya a instalar, siendo en este caso, 12.1,25 es un factor de seguridad para evitar daos ocasionales al regulador.Sustituyendo en la expresin del clculo de la intensidad de entrada al

regulador (IRe) los valores anteriores, resulta el siguiente resultado:
http://www.sfe-solar.com/suministros-fotovoltaica-aislada-autonoma/enersys/bateria-ecosafe-enersys-tzs13-2640ah-2v-opzs/


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IRe= 1,25 ISC Nparalelo= 1,25 8,86 12 = 132,9 APor otro lado, para el clculo de la mxima corriente esperada a la salida del

regulador (IRs), es decir, del lado del consumo de la instalacin interior de lavivienda, se emplear la siguiente expresin:

1,25 ( PDC+ PAC/ inv)

IRs= VBAT

siendo,

PDC la potencia de las cargas en continua (o corriente directa) que haya quealimentar.

PAC es la potencia de las cargas en alterna.inv es el rendimiento del inversor, en torno al 96%.

VBAT la tensin de trabajo de la batera de acumulacin (24V).En esta ocasin, el consumo elctrico de la vivienda se realiza slo en corrientealterna, siendo la potencia mxima prevista de consumo (PAC) de 2200 W, por loque la corriente de salida del regulador a calcular:

1,25 ( 2200 / 0,96 )IRs=

24

Resultando,IRs= 119,4 APor lo tanto, el regulador que se seleccione deber soportar una corriente,

como mnimo de 133 Amperios en su entraday de120 Amperios en su salida.El regulador de carga seleccionado es de la marca ATERSA, modelo MPPT-

80C.

Como se puede comprobar de las especificaciones tcnicas del reguladorseleccionado incluida en el anterior enlace, ste slo permite una intensidadmxima de entrada (IMX,e) de 70 A, mientras que la corriente mxima de entrada(IRe) proveniente de los mdulos generadores fotovoltaicos es de 132,9 A, segnse ha calculado, por lo que ser necesario el empleo de ms de un regulador.

El nmero de reguladores necesarios para instalar vendr dado por la siguienteexpresin:

Nreguladores= IRe/ IMX,e= 132,9 / 70 = 1,9 2


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Por lo que sern necesarios la instalacin de 2 reguladores del modelo anterior.

En el caso concreto de este tutorial, el generador fotovoltaico diseado disponede 12 ramales en paralelo, con 1 mdulo cada ramal, por lo que la instalacinpodr ser dividida en 2 grupos de 6 ramales cada uno, alimentando cada grupo a

un regulador distinto, y conectando despus todas las salidas al mismoacumulador solar o bateras, segn el siguiente esquema de configuracinprevista:

Figura 19. Configuracin mdulos fotovoltaicos-regulador

Por ltimo habra que comprobar que los parmetros de diseo del modelo deregulador seleccionado se ajustan a las condiciones de operacin previstas:


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Rango de tensin de entrada de diseo del regulador seleccionadoMPPT-80C: 16 112 Vcc

Segn la configuracin prevista, cada regulador va a ser alimentado por 6ramales en paralelo con un mdulo fotovoltaico por ramal, por lo que la tensinde operacin ser igual a la del mdulo, que segn se puede comprobar en sus

especificaciones tcnicas del apartado 2.1 es de valor VMP= 30,9 V(CEM), quequeda dentro del rango de diseo del regulador.Tensin mxima en circuito abierto admitida por el regulador MPPT-

80C: 140 VccmximaDe la misma manera, la tensin a circuito abierto del mdulo, segn se

puede comprobar en sus especificaciones tcnicas del apartado 2.1, es devalor VOC= 37,9 V(CEM), que es inferior al mximo de diseo del regulador.

Potencia mxima admisible por el regulador MPPT-80C: 5200 WDe nuevo, segn la configuracin prevista, como cada regulador va a ser

alimentado por 6 ramales en paralelo con un mdulo por ramal, la potencia

mxima producida por cada grupo ser de: 6 255 W = 1530 W,siendo 255Wla potencia nominal o mxima del mdulo fotovoltaicoseleccionado, segn se puede comprobar en sus especificaciones tcnicas delapartado 2.1.Por lo tanto, finalmente el regulador-seguidor MPPT-80C seleccionado de la

marca ATERSA, resulta vlido para la instalacin y la configuracin prevista,segn se muestra en la figura 19 anterior.

4.4- Clculo del inversor

A la hora de dimensionar el inversor adecuado, adems de conocer la tensinde servicio de la batera, como tensin de entrada en continua y de la potenciademandada por las cargas, se hace necesario calcular tambin la tensin ycorriente generada en el punto de mxima potencia de funcionamiento de lospaneles solares.

Para el clculo de la tensin de mxima potencia que ofrece el generadorfotovoltaico (VMPtotal), sta se obtiene multiplicando el valor de la tensin demxima potencia (VMP) de cada panel por el nmero de paneles conexionados enserie (Nserie) en cada ramal del generador:

VMPtotal

= VMP

Nserie

Siendo en este caso, VMP= 30,9 V(ver caractersticas del mdulo seleccionado

en el apartado 2.1) y Nserie= 1panel por ramal, para la configuracin obtenida (verapartado 4.1), por lo que resulta:

VMPtotal= 30,9 1 = 30,9 VPor otro lado, para el clculo de la corriente que suministra el generador

fotovoltaico cuando proporciona la mxima potencia (IMPtotal), sta vendr dada almultiplicar la intensidad de corriente mxima (IMP) en el punto de mxima potencia


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o potencia pico del mdulo instalado por el nmero de paneles colocados enparalelo (Nparalelo) o ramales, es decir,

IMPtotal= IMP NparaleloSiendo en este caso, IMP= 8,27 A(ver caractersticas del mdulo seleccionado

en el apartado 2.1) y Nparalelo = 12paneles o ramales, para la configuracin

obtenida (ver apartado 4.1), por lo que la anterior expresin resulta:IMPtotal= 8,27 12 = 99,24 AEn cuanto a la potencia nominal que debe tener el inversor, se debe tener en

cuenta que ste debe satisfacer la potencia mxima prevista de consumoinstantneo (PAC) de 2200 W, que constituyen el consumo de la vivienda,incrementado en al menos un 35%para tener en cuenta los "picos de arranque"que generan algunos electrodomsticos, como frigorficos o lavadoras, que hacenaumentar su potencia nominal durante su puesta en marcha. En este caso lapotencia nominal del inversor (Pinv) deber ser la calculada por la siguienteexpresin:

Pinv= 1,35 PACPara el caso que nos ocupa la potencia mxima prevista en alterna de lascargas de consumo instantneo de la vivienda es de2200 W, por lo que lapotencia nominal del inversor deber ser de:

Pinv= 1,35 2200 = 2970 W (2970 VA)El inversor seleccionado que cumple con los condicionantes anteriores

pertenece a la gama Tauro, de la marca ATERSA, en concreto el modelo3024/V.

Por ltimo, decir que en el mercado se pueden encontrar inversores de distintos

tipos, tanto de onda senoidal pura (PWM) como de onda senoidal modificada(MSW). stos ltimos, aunque pueden alimentar a la mayora deelectrodomsticos actuales, tambin pueden tener problemas con aparatoselectrodomsticos de cargas inductivas, como son los motores elctricos. Losinversores de onda senoidal pura (PWM), sin embargo, describen mejor la formade onda que proporciona la red elctrica y en consecuencia es la mejor opcinpara alimentar los equipos elctricos y electrnicos actuales. El modeloseleccionado perteneciente a la gama Tauro de ATERSA corresponde a unaforma de onda senoidal pura.

4.5- Cableado y protecciones

Para el clculo de las secciones de los cables conductores y de lasprotecciones se distinguir entre la parte de la instalacin que funciona encontinua (directa) y la parte de la instalacin que funciona en corriente alterna.


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Cada uno de los tramos que componen la instalacin poseer una seccindiferente de los conductores debido a que la intensidad de corriente que circulapor cada uno de ellos ser diferente dependiendo los equipos que interconecten.

A) Instalacin en corriente continua o directa (CC / DC):Todos los tramos en corriente continua se van a componer de dos conductores

activos (positivo y negativo) en cable de cobre con aislamiento 0,6/1 kVy cubiertaen PVC.

Para el clculo de la seccin de cable (S) en los distintos tramos donde circulala corriente continua (directa), y que comprende desde la salida de bornes en lacaja de conexin de los mdulos fotovoltaicos hasta la entrada en el inversor, seemplear la siguiente ecuacin:

2 L IS =

V C

donde,

S es la seccin del cable conductor, en mm2.L es la longitud del cable conductor en ese tramo, en m.I es la intensidad de corriente mxima que circula por el conductor, enA.V es la cada de tensin mxima permitida en los conductores, que segn se

indica en el Pliego de Condiciones Tcnicas delIDAE, deber ser en losconductores de continua como mximo del 1,5%.

C es la conductividad del material que forma el conductor, en este caso cobre,cuya conductividad a 20Ces de 56 m/mm2. Para otras temperaturas seadjunta la siguiente tabla:

Tabla 11. Valores de conductividad del cobre-Cu (m/mm2) con la temperatura T(C)

20 C 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C

56 54 52 50 48 47 45 44

Para aquellos otros casos donde se empleen conductores de aluminio (Al), seadjunta igualmente la siguiente tabla de conductividades del aluminio con latemperatura:

Tabla 12. Valores de conductividad del aluminio-Al (m/mm2) con la temperatura T(C)


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20 C 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C

35 34 32 31 30 29 28 27

Como ya se ha dicho anteriormente, en los distintos tramos en continua cadatramo se compondr de dos conductores, uno positivo y otro negativo, que sernde igual seccin a la que resulte del clculo de aplicar la anterior expresin.

A continuacin se pasa a calcular las secciones de cables de cada uno de losdistintos tramos que componen la instalacin fotovoltaica en continua.

- Tramo Conexin al Regulador:

Este tramo de cableado comprende la conexin desde la salida de la caja degrupo de 6 mdulos fotovoltaicos conectados en paralelo, hasta la entrada alregulador de carga.

Los valores de los distintos parmetros que se emplearn para el clculo de laseccin mnima de cable conductor, sern los siguientes:

L = 5 m, es la longitud que recorre el cable desde la salida del generadorfotovoltaico hasta el regulador de carga;

I = 6 ISC = 68,86= 53,16 A, se corresponde con la intensidad mxima quepuede circular por el tramo, y que coincide con la intensidad de cortocircuito ( ISC)del mdulo seleccionado ISF-255, de valor ISC = 8,86 A, y multiplicado por elnmero de mdulos (al estar en paralelo se suman las intensidades) queconstituyen el grupo que alimenta a cada regulador (6).V= 0,46V, que se corresponde con la cada de tensin mxima permitida en

los conductores, que segn se indica en el Pliego de Condiciones Tcnicasdel IDAE, deber ser como mximo del 1,5%en los conductores de continua. Enefecto, como la tensin de trabajo en cada grupo de generadores fotovoltaicosque alimenta a cada regulador es igual a la tensin en el punto de mxima

potencia o potencia pico de cada mdulo (al estar conectados en el grupo losmdulos en paralelo la tensin de salida del grupo es igual a la de cada mdulo).Como el mdulo que se va a instalar es el ISF-255, de tensin de servicio devalor VMP = 30,9 V, la cada de tensin mxima del 1,5% ser igual a V =0,01530,9 = 0,46 V.

C = 47 m/mm2, que es la conductividad del cobre, para una temperatura delcable en servicio de 70 C.


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Estos valores sustituidos en la expresin anterior resulta una seccin mnimade cable de:

S = 24,59 mm2.La seccin normalizada superior a la calculada es de 25 mm2, segn se indica

en la tabla de "Intensidades admisibles (A) al aire 40 C. N de conductores con

carga y naturaleza del aislamiento", del apartado 2.5.Segn la tabla anterior, la corriente mxima admisible para el cable de cobre

de 25 mm2 del tipo 0,6/1 kV y aislamiento en PVC, instalados en el interior detubos en montaje superficial es de 84 A.

Al anterior valor habr que aplicarle un coeficiente de reduccin de 0,91portemperatura, dado que el valor anterior es para una temperatura del cable de 40C, y sin embargo el cable alcanzar una temperatura mayor cuando est enservicio. Por lo tanto, finalmente la mx

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