Considera el caso de una casa ecológica la cual utiliza los equipos eléctricos y electrónicos mostrados en el listado siguiente:
Del listado anterior, divide los equipos en dos grupos, los que usan corriente directa y corriente alterna. Calcula el consumo para cada uno de los grupos (EDC y EAC) y calcula el consumo total diario (ET) en (Wh/día).
Cantidad
Hrs. diarias de consumo
Tipo de corriente
Consumo total E=P*t
20
3
8
CD
20*8*3= 480 kw
Lavadora
250
1
0.5
CA
250*0.5= 125 kw
Congelador
110
1
3
CA
110*3= 330 kw
Lámpara fluorescente
40
2
6
CD
40*6*2= 480 kw
Mini-estéreo
5
1
6
CA
5*6= 30 kw
Teléfono
20
1
6
CD
20*6= 120 kw
Refrigerador
90
1
4
CA
90*4= 360 kw
Televisor
80
1
3
CD
80*3= 240 kw
Lámpara fluorescente
30
2
4
CD
30*4*2= 240 kw
Computadora
80
2
3
CD
80*3*2= 480 kw
DVD
30
2
3
CD
30*3*2= 180 kw
Equipo
Potencia (Watts)
Lámpara fluorescente
Investiga las características y ficha técnica del Panel Solar Marca Solartec Modelo S01MC-80, ya que este es el propuesto para el proyecto mencionado. Potencia del Panel (Pp), Tensión del Panel (Vp), corriente del Panel (Ip).
Características
Los marcos están diseñados para resistir fuertes vientos de hasta 130 km/h. Los paneles están fabricados a partir de una celda solar que se obtiene de un molde de silicio. Son celdas muy eficientes porque generan mayor potencia en comparación con otros paneles lo que demuestra que el tamaño del panel a pesar de ser más pequeño produce más energía. S01MC-801
Peso 8.5 kg Voltaje 17.6 V Corriente 4.55 A Voltaje abierto 21.6 V Corriente de corto circuito 4.9 Isc SLA battery 12 V Dimensiones 546x1196x35 mm Calcula los siguientes datos de acuerdo al arreglo fotovoltaico: • • • •
• •
Número total de Paneles (NT) 2 Número de paneles en serie (NS) 1 Número de ramas de paneles en paralelo (NP) Energía que deben acumular las baterías si se requiere de 6 días de autonomía para el arreglo Capacidad necesaria en (Ah) para el sistema de acumulación. La corriente máxima que genera el arreglo fotovoltaico
Para el cálculo de los puntos anteriores considera lo siguiente: • • •
• •
Tensión nominal del sistema y voltaje de carga de la b atería es igual 48 V Eficiencia de la batería y eficiencia del inversor es igual a 100% (1) Las Horas Pico Solar diarias (HPS) para el peor día del año es de 1.5, Con esto se calculará el arreglo fotovoltaico. El factor de pérdidas PF es igual a 1. Considera la formula NT=ET/(Pp x HPS x PF)
Realizar los siguientes pasos 2:
1. 2. 3. 4. 5.
1
Cálculo del consumo estimado Radiación solar disponible Cálculo de placas o paneles solares necesarios Capacidad de los acumuladores Selección del regulador y del convertidor
http://www.solartronic.com/download/S01MC100W.pdf http://clickrenovables.com/blog/como-calcular-una-instalacion-solar-fotovoltaica-en-5-pasos/
2
1. Cálculo de consumos estimados
Supongamos que establecemos para el caso de ejemplo los equipos bási cos necesarios que consumirán energía: Bombillas: 4 unidades x 4 horas x 60 Wattios (100%) = 960 Wh Televisión: 1 unidad x 3 h x 70 W (100%) = 210 Wh Ordenador portátil: 2,5 h x 60 W (100%) = 150 Wh Nevera: 24 h x 200 W (50%) = 2400 Wh Microondas: 0,5 h x 800 W (100%) = 400 Wh Así pues, si sumamos los diferentes consumos parciales, obtenemos el consumo total estimado para nuestra casa de ejemplo: Total consumos por día estimados (Cde) = 4120 Wh / día Aplicamos un rendimiento de la instalación del 75% para calcular la energía total necesaria para abastecer la demanda: Total energía necesaria (Ten) = Cde / 0,75 = 5493 Wh/día 2. Radiación total disponible
Donde: Ed: Producción media diaria de energía eléctrica del sistema (kWh) Em: Producción media mensual de energía eléctrica del sistema (kWh) Hd: suma diaria promedio de irradiación global por metro cuadrado recibida por los módulos del sistema (kWh / m2) Hm: suma promedio de irradiación global por metro cuadrado recibida por los módulos del sistema (kWh / m2). Una vez conocemos la radiación solar incidente, la dividimos entre la radiación solar incidente que utilizamos para calibrar los módulos. (1 kW/m2), y obtendremos la cantidad de horas sol pico (HSP). A efectos prácticos en nuestro caso este valor no cambia, pero utilizaremos el concepto de HSP (horas sol pico) que es el número de horas equivalente que tendría que brillar el sol a una intensidad de 1000 W /m2 para obtener la insolación total de un día, ya que en realidad el sol varía la intensidad a lo largo del día. HSP = radiación solar tablas / 1kW/m2 = 4,27 HSP 3. Calculo de placas o paneles solares necesarios
En el siguiente paso se realizan los cálculos para establecer el número de módulos (placas o paneles solares) en función de las condiciones de radiación más desfavorables. Para realizar este cálculo nosotros hemos elegido módulos de 180 W. Este dato viene dado en las características técnicas de los módulos elegidos según cada modelo y fabricante que investigamos:
1. Para instalaciones de uso diario utilizaremos la fórmula:
Numero de módulos = (energía necesaria) / (HSP * rendimiento de trabajo * potencia pico del módulo) El rendimiento de trabajo tiene en cuenta pérdidas producidas por el posible ensuciamiento y/o deterioramiento de los paneles fotovoltaicos (normalmente 0,7 0,8). –
Número de módulos para instalación de uso diario: Nmd = (5493) / (4,27 * 0,8 * 180 )= 8,9 Redondeando 9 módulos 2. Para instalaciones de fin de semana utilizaremos la fórmula: Numero de módulos = (3 * energía necesaria) / (HSP * rendimiento de trabajo * 7 * potencia pico del módulo) Número de módulos para instalación de uso para fin de semana: Nmfd= (3 * 5493) / (4,27 * 0,8 * 7 * 180) = 3,8 Redodeando 4 módulos Como nuestro caso de ejemplo es para una casa que se usa los fines de semana, necesitaremos cuatro módulos de 180 W cada uno. Teniendo en cuenta que las necesidades de consumo que hemos establecido son muy básicas, si se introducen consumos mayores en el primer apartado nos resultará una cantidad de placas mayor. Con los módulos elegidos de 180 Watios pico (Wp), obtendremos una instalación solar de 720 Wp totales (4 x 180 Wp). Teniendo en cuenta que los módulos trabajan a 12V, si querem os una instalación que trabaje a 24V, podemos realizar una asociación en serie de grupos de dos placas y luego estos dos grupos de dos placas en serie, asociarlos en paralelo. El voltaje de funcionamiento dependerá del sistema de acumuladores que elijamos. 4. Capacidad de los acumuladores
Para diseñar la capacidad de las baterías de acumulación, primero se establece la autonomía deseada en caso de tener días desfavorables sin insolación por abundante nubosidad. En el caso que nos ocupa, para fines de semana la máxima autonomía necesaria la podemos establecer en 3 días (viernes, sábado y domingo). En electrificación de casas rurales para abastecimiento diario podría establecerse entre 4-6 días, teniendo en cuenta que este valor se puede reducir en el caso de que dispongamos de un grupo electrógeno de refuerzo. Capacidad de la batería = (energía necesaria * días de autonomía) / (Voltaje * profundidad de descarga de la batería) La profundidad de descarga depende del tipo de batería elegido. Estos valores oscilan entre 0,5 a 0,8. Podéis consultar estos valores en las características técnicas para cada modelo y fabricante. En nuestro caso, elegiremos una batería que tolere una descarga de hasta un 60% (0,6).
Capacidad de acumulación = (5493 * 3) / (24 * 0,6) = 1144,38 Ah (c100)
El valor c100 indica que la capacidad de la batería será la suministrada por ciclos de carga de 100 h, que es la frecuencia de carga normalmente establecida en electrificación rural. La selección del sistema de acumulación requiere de diferentes comprobaciones para que el sistema dure y tenga un óptimo rendimiento. Los sistemas de acumulación necesitan una mínima intensidad de carga para asegurar que las baterías carguen correctamente y evitar que tengan una vida útil más corta de la esperada. 5. Selección del regulador y del convertidor
Sólo queda elegir un regulador de carga y un convertidor de corriente continua a corriente alterna para poder disponer de corriente alterna a 220 V en nuestra vivienda apta para cualquier tipo de aparato o electrodoméstico. Los reguladores de carga vienen determinados por la intensidad máxima de trabajo y por el voltaje en que hayamos diseñado nuestra instalación. La potencia del convertidor de CC/AC la tendremos que elegir en función de la suma de todas las potencias nominales de los equipos consumidores multiplicado por el coeficiente de simultaneidad de uso de estos. (normalmente los valores van de 0,5-0,7). En nuestro caso la potencia total estimada es de 1360 W Potencia convertidor = 1360 * 0,7 = 952 W Así pues, con un convertidor de 1000 W sería suficiente para nuestro ejemplo, siempre y cuando realmente utilicemos sólo los aparatos contemplados inicial mente. Siempre podemos establecer una potencia mayor por si puntualmente se utiliza algún otro electrodoméstico de mayor consumo. Diseña el arreglo fotovoltaico, mostrando el voltaje del sistema, la corriente del mismo y plasma este diseño en una hoja dentro del trabajo.
Imagen 13
6 Identifica los temas y leyes dentro de los circuitos eléctricos son consideradas en los arreglos fotovoltaicos. Incluyendo equipos como los inversores y controladores de cargas. También puedes utilizar ilustraciones y videos.
Prácticamente de alguna forma vinos todos los temas de la unidad, desde los circuitos eléctricos, hasta las leyes de Ohm, de Kirchhoff, así como los circuitos elementales de corriente alterna y corriente para desarrollar el problema presentado en el cual me percaté el tema de la corriente se utilizan pilas y que no es lo mismo tomar los polos de dicha pila, a tomar los cables de una instalación eléctrica. Se distingue un circuito serie de uno paralelo y sus variables son las mismas, aunque se calculan de diferente manera, además de que se pueden combinar para poder obtener otros beneficios de ellos. La ley de Ohm hace que nuestros cálculos que se colocan en una resistencia o una fuente de voltaje me sean más útiles en la electrónica, y si bien Ohm no explica algunos cálculos por ser muy difíciles, para lo que existen las leyes de Norton o Thévenin. Los conceptos de potencias, capacitancia, resistividad, inductancia, Kirchhoff, serie, paralelo, alterna, directa, amperímetro son conceptos que ampliaron mi vocabulario además de conocer los instrumentos de medición más comunes que necesitaré para realizar una instalación.
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http://www.solartronic.com/download/S01MC100W.pdf