CURSO DE ENERGÍA SOLAR
Autor: MARTÍN COBOS RODRÍGUEZ INGENIERO INDUSTRIAL
CURSO DE ENERGÍA SOLAR: UNIDAD DIDÁCTICA 5
INDICE 1. INTRODUCCI INTRODUCCIÓN ÓN __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ _______ __ 3 2. OBJETIVOS OBJETIVOS __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ __________ ______ _4 2.1. OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALE GENERALES S __________ _______________ __________ __________ __________ ________ ___ 4 2.2. OBJETIVOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS_________ ESPECÍFICOS______________ __________ __________ __________ ________ ___ 4 3. CRÉDITOS CRÉDITOS __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ __________ _______ __ 5 4. METODOLOG METODOLOGÍA ÍA __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ ________ ___ 6 5. TEMARIO TEMARIO __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ __________ ________ ___ 7 6. CRITERIOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN___ EVALUACIÓN________ __________ __________ __________ __________ __________ _____ 8 7. MATERIALES MATERIALES __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ __________ _____ 9 8. BIBLIOGRAFÍA____ BIBLIOGRAFÍA_________ __________ __________ __________ __________ __________ __________ _________ ____ 10 9. ANEXO ANEXO 1. TEMARIO TEMARIO DEL CAPÍTULO CAPÍTULO 1. 1. __________ _______________ __________ _________ ____ 11 .ANEXO 1. MATERIAL MATERIAL __________ _______________ __________ __________ __________ __________ ________ ___ 11
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INDICE 1. INTRODUCCI INTRODUCCIÓN ÓN __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ _______ __ 3 2. OBJETIVOS OBJETIVOS __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ __________ ______ _4 2.1. OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALE GENERALES S __________ _______________ __________ __________ __________ ________ ___ 4 2.2. OBJETIVOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS_________ ESPECÍFICOS______________ __________ __________ __________ ________ ___ 4 3. CRÉDITOS CRÉDITOS __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ __________ _______ __ 5 4. METODOLOG METODOLOGÍA ÍA __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ ________ ___ 6 5. TEMARIO TEMARIO __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ __________ ________ ___ 7 6. CRITERIOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN___ EVALUACIÓN________ __________ __________ __________ __________ __________ _____ 8 7. MATERIALES MATERIALES __________ _______________ __________ __________ __________ __________ __________ __________ _____ 9 8. BIBLIOGRAFÍA____ BIBLIOGRAFÍA_________ __________ __________ __________ __________ __________ __________ _________ ____ 10 9. ANEXO ANEXO 1. TEMARIO TEMARIO DEL CAPÍTULO CAPÍTULO 1. 1. __________ _______________ __________ _________ ____ 11 .ANEXO 1. MATERIAL MATERIAL __________ _______________ __________ __________ __________ __________ ________ ___ 11
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1.INTRODUCCIÓN Se desarrolla la presente unidad didáctica del módulo nº 5 dentro del curso de formación en diseño y montaje de instalaciones solares del proyecto GESER, desarrollado por el Organismo Autónomo de Desarrollo Local de la Excma. Diputación de Cáceres. Dedicada al “Cálculo y diseño de instalaciones solares fotovoltaicas”, este módulo didáctico compone una pieza básica en la formación de técnicos proyectistas e instaladores en energía solar. Parece demostrado que, el adecuado dimensionado y ejecución material de las instalaciones solares fotovoltaicas exige de unos conocimientos específicos que permitan al profesional del sector ofrecer un producto de calidad y ajustado a la demanda del cliente final. Como sabemos, la electricidad es una de las formas de energía más versátil y que mejor se adapta a cada necesidad. Su utilización es tan extensa que hoy en día difícilmente podría concebirse una sociedad tecnológicamente avanzada que no hiciese uso de ella. Mediante infinidad de aparatos diseñados para funcionar con electricidad, ésta forma parte de nuestra vida diaria. La tecnología fotovoltaica nos permite disponer de esta forma de energía a partir de la radiación solar, haciendo uso de una fuente renovable y no contaminante.
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2.OBJETIVOS 2.1.OBJETIVOS GENERALES El principal objetivo de esta unidad es la formación del alumno en el cálculo y dimensionado básico de las principales tipologías de instalaciones solares fotovoltaicas. Al finalizar este módulo formativo el alumno deberá ser capaz de diseñar los principales elementos que constituyen una instalación fotovoltaica, establecer las condiciones de producción y consumo de energía eléctrica así como conocer sus características y limitaciones técnicas de las mismas.
2.2.OBJETIVOS ESPECÍFICOS Basada en los contenidos recogidos en las unidades anteriores, y en especial sobre los conceptos fundamentales en energía solar y las tecnologías actualmente disponible, se plantean los siguientes objetivos específicos: o
Consolidar los conocimientos adquiridos por el alumno en las
unidades anteriores. o
Diferenciar las diferentes tipologías de instalaciones fotovoltaicas
desde el punto de vista de su producción energética, utilización y servicio que ofrecen. o
Explicar el procedimiento de cálculo de los sistemas fotovoltaicos de
generación eléctrica. o
Dimensionado de los diferentes elementos que componen los
sistemas fotovoltaicos más significativos. o
Reconocer, interpretar y calcular las pérdidas energéticas que
afectan a estas instalaciones.
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3.CRÉDITOS Realización: Martín Cobos Rodríguez Formación:
Ingeniero industrial Master en Gestión de Energías Alternativas
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4.METODOLOGÍA El proceso docente se desarrollará íntegramente en régimen de enseñanza presencial, por lo que se requiere el desplazamiento físico del alumno. Con la finalidad de conseguir el correcto seguimiento y aprovechamiento por parte del alumno de esta unidad didáctica, se le proporcionará al mismo una documentación detallada y actualizada con los contenidos del capítulo, que servirá como apoyo bibliográfico. El contenido del temario se expondrá mediante la proyección de diapositivas que irán desarrollando de una forma muy visual y gráfica la documentación entregada al alumno. La carga lectiva de la unidad se reparte en un 60% de teoría y un 40% de práctica, mediante las explicaciones de los contenidos indicados en el temario y la elaboración de ejemplos, problemas y casos . Como apoyo al procedimiento de dimensionado y cálculo se recurrirá tanto a los pliegos de condiciones técnicas, reglamento y legislación nacional vigente que se considere necesaria. Mediante el desarrollo contenidos transversales referentes a la elaboración y tramitación de proyectos, presentación de documentación técnica, asistencia al cliente final y análisis del sector de energía solar, se completará el contenido de la unidad de manera amigable. Esta unidad está programada para cubrir un total de diez horas lectivas, los días 12 y 18 de noviembre de 2005 y divididas en dos sesiones diarias diferentes, con descanso intermedio.
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5.TEMARIO CAPÍTULO 1. Introducción al diseño de instalaciones solares fotovoltaicas. Conceptos previos 1.1. Introducción 1.2. Conceptos previos CAPÍTULO 2. Sistemas fotovoltaicos y aplicaciones 2.1. Sistemas fotovoltaicos 2.2. Aplicaciones CAPÍTULO 3. Dimensionado del sistema fotovoltaico de generación 3.1. Establecimiento de las necesidades de partida 3.2. Interconexión de módulos 3.3. Estructuras soporte y anclaje 3.4. Seguimiento solar CAPÍTULO 4. Cálculo de los elementos de la instalación 4.1. Acumuladores. Calculo de capacidad y determinación. 4.2. Reguladores 4.3. Convertidores 4.4. Otros elementos CAPÍTULO 5. Cálculo de pérdidas
CAPÍTULO 6. Dimensionado de sistemas especiales 6.1. Conexiones a red CAPÍTULO 7. Ejemplos prácticos
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6.CRITERIOS DE EVALUACIÓN La evaluación se realizará mediante un documento escrito que intentará cuantificar el grado de cumplimiento de los objetivos del capítulo, tanto a nivel de temario y contenidos, como a nivel docente.
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7.MATERIALES Documentación escrita referente a la materia a desarrollar. Documentación técnica y catálogos de productos. Calculadora. Herramientas Excel para el dimensionado y cálculo de sistemas. Aplicación limitada, Cálculo de sombras Solener Aplicación para el dimensionado de instalaciones fotovoltaicas SODEAN Proyector. Ordenador portátil para la presentación de diapositivas en Power Point.
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8.BIBLIOGRAFÍA “Manual de Instalaciones Solares Fotovoltaicas”, Agencia Andaluza de la Energía. Ed. 2004. “Curso de instalador-proyectista de Energía Solar”, CENSOLAR. Ed. 2004. PROGENSA (Promotora General de Estudios, S.A.) La energía solar. Aplicaciones prácticasCENSOLAR. © 2001. PROGENSA (Promotora General de Estudios, S.A.) Artes Gráficas Gala, S.L. Tejados Fotovoltaicos: Energía solar conectada a la red eléctrica SEBA (Servicios Energéticos Básicos Autónomos) © 2004. PROGENSA (Promotora General de Estudios, S.A.) Impreso en España Artes Gráficas Gala, S.L. Instalaciones de Energía Solar Fotovoltaica. Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Aisladas de Red Dpto. de Energía Solar del IDAE Madrid Octubre de 2002 Instalaciones de Energía Solar Térmica. Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura Dpto. de Energía Solar del IDAE Madrid Octubre de 2002 Radiación Solar Sobre Superficies Inclinadas Ministerio de Industria y Energía. Comisaría de la Energía y Recursos Minerales. Ed. Centro de Estudios de la Energía 1981 Especificaciones técnicas de diseño y montaje de instalaciones solares fotovoltaicas para la producción de electricidad. SODEAN S.A. Ed. 3 15/04/2003
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9. ANEXO 1. TEMARIO DEL CAPÍTULO 1. Se adjunta el temario completo referente al capítulo 1 con el que el alumno podrá realizar el seguimiento de esta unidad didáctica.
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A n e x o 1 . M A T ER I A L
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Documentación y tablas
Radiación solar. Energía procedente del sol en forma de ondas electromagnéticas Irradiancia. Densidad de potencia incidente en una superficie o la energía incidente en una superficie por unidad de tiempo y unidad de superficie. Se mide en kW/m2 Célula solar o fotovoltaica. Dispositivo que transforma la energía solar en energía eléctrica Módulo fotovoltaico. Conjunto de células solares interconectadas entre si y encapsuladas entre materiales que las protegen de los efectos de la intemperie. Rama fotovoltaica. Subconjunto de módulos fotovoltaicos interconectados en serie o en asociaciones serie-paralelo, con voltaje igual a la tensión del generador. Generador fotovoltaico. Asociación en paralelos de ramas fotovoltaicas Condiciones Estándar de Medida (CEM). Condiciones de irradiancia y temperatura de la célula solar, utilizadas como referencia para caracterizar células, módulos y generadores fotovoltaicos: Irradiancia (GSTC) 1.000 W/m2 Incidencia normal
Distribución espectral: AM 1,5 G Temperatura de la célula: 25ºC
Potencia máxima del generador.(Potencia pico) Potencia máxima que puede entregar el módulo en las CEM Temperatura de operación nominal de la célula (TONC). Temperatura que alcanzan las células solares cuando se somete al módulo a una irradiancia de 800 W/m2 con distribución espectral AM 1,5 G, temperatura ambiente de 20ºC y velocidad del viento de 1 m/s.
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Constante solar. La energía radiante procedente del Sol se reparte en una superficie hipotética, cuyo centro es el foco emisor (el propio Sol) y cuyo radio crece a la misma velocidad de la propia radiación. Así la radiación se “debilita” a medida que la distancia aumenta. Para un radio medio (distancia de la Tierra al Sol de 1,5 x 1011 m la constante resulta: 1,4 kW/m2 Con más precisión la Constante Solar es de 1367 W/m2 La Constante Solar sufre variaciones debido a que la distancia entre la Tierra y el Sol no es constante C > durante diciembre, enero C < durante junio, julio Efecto de la Atmósfera AM Una buena parte de los fotones que finalmente alcanzan el suelo han sufrido desviaciones de su trayectoria original al interaccionar con los átomos presentes en el aire. El efecto global de estas dispersiones que los rayos sufren es el simular que las radiaciones, además de provenir directamente del Sol, lo hacen de formas más o menos homogénea de todos los puntos de la bóveda celeste.
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Fig .01 Esquema del efecto de la atmósfera sobre la radiación solar Este fenómeno hace que la intensidad que llega a la superficie terrestre sea como máximo de unos 1.100 W/m2 Longitud y Latiud. Los valores de h como A varían tanto a lo largo del día, como de la estación del año o la posición relativa del observador. Para ello utilizamos las coordenadas de posicionamiento global (longitud y latitud). En hemisferio Sur se toma como referencia la dirección Norte. Coordenadas solares. Para definir con precisión la posición del Sol en cada instante con respecto a un observador hipotético que se encontrase inmóvil en un plano horizontal, se utilizan dos coordenadas, llamadas altura solar h y azimut solar A. La altura solar h es el ángulo que forman los rayos solares sobre la superficie horizontal. El ángulo cenital θd efinido por los rayos solares y la normal a la superficie (complemento de la altura)
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Fig. 02 Posicionamiento solar El azimut A, o ángulo azimutal, es el ángulo de giro del Sol medido sobre el plano horizontal mediante la proyección del rayo sobre dicho plano y tomando como origen el sur (se considera negativo antes del medio día y positivo después)
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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO BÁSICO El procedimiento de diseño básico de instalaciones solares fotovoltaicas para autoconsumo se centra en la conjunción de las necesidades energéticas de la carga y la energía que es posible captar mediante el campo de generación, teniendo en cuenta todos los condicionantes que afectan a este tipo de instalaciones.
Fig. 03 Esquema básico de diseño de instalaciones solares fotovoltaicas con acumulación 1. Determinación de los requerimientos básicos y condiciones de uso • Recopilar información referente a los consumos previstos • Determinar el periodo de utilización (temporal, anual, verano, invierno, fines de semana) Para la electrificación de viviendas se requiere la utilización de lámparas fluorescentes o de alta eficiencia, bajo consumo y electrodomésticos clase energética A (se excluye la incandescencia en iluminación) • Estimación de los consumos medios diarios ET. (Ciclo de consumo 24 horas) Energía consumida (kWh) = Potencia (kW) x Tiempo utilización (horas)
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• Determinación del número de días de autonomía N . (Valor recomendado mínimo 5 - 10 días) • Determinación de la profundidad de descarga de la batería. pd Profundidad no excederá el 80% (referida a la capacidad nominal del acumulador) con descargas tan profundas poco habituales. En sobredescargas frecuentes la profundidad no sobrepasará el 60% (Ej: Alumbrado público)
2. Energía real necesaria E
E = ET / R
Donde R es un factor global de rendimiento de la instalación que vale:
R = (1 – kb – kc – kv)(1 – kaN/pd)
Kb Coeficiente de pérdidas por rendimiento del acumulador. Puede considerarse 0,05 en sistemas que no demanden descargas intensas y 0,1 en otros casos más desfavorables. KaC oeficiente de autodescarga diario. Generalmente definido por el fabricante 0,002 día –1 baterías de baja autodescarga Ni-Cd o Pb-Ca sin mantenimiento 0,005 día –1 baterías estacionarias Pb (generalmente utilizadas en solar) 0,012 día –1 baterias de alta autodescarga (arranques de automóviles) KcC oeficiente de pérdidas en el convertidor. Generalmente definido por el fabricante 0,2 convertidores senoidales 0,1 convertidores onda cuadrada KvC oeficiente que agrupa otras pérdidas (rendimiento de la red, efecto Joule, etc.) 0,05 - 0,15 como valores de referencia
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3. Determinación de la Capacidad útil de la batería CU = E N
La capacidad nominal C asignada por el fabricante será el cociente entre C U y la profundidad de descarga máxima admisible p d. C = CU / pd
4. Energía producida EP = E / rendimiento del regulador
5. Dimensionado del generador La capacidad nominal C asignada por el fabricante será el cociente entre CU y la profundidad de descarga máxima admisible pd. Número de paneles= EP / [ 0,9 P (HSP) ] ~ Entero natural
Donde P es la potencia del panel HSP=0,2778 k H [horas] k coeficiente de inclinación de los paneles H valor de la energía total incidente sobre una superficie horizontal de 1 m2 [Mega Julios ] DISTANCIA ENTRE FILAS
d = distancia entre filas de altura h que garantiza un mínimo de cuatro horas de sol en torno al medio día del solsticio de invierno.
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REGLAS DE ORO A TENER ENCUENTA EN UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA AISLADA •
Seleccionar bien los consumos, mejor nos gastamos mas dinero en estos y nos
ahorramos mucho al final. • Pensar en el uso y quien los usará, con el fin de seleccionar bien los distintos equipos que la integraran. • Diseñar los componentes para la satisfacción de los usuarios, no pensemos solo como técnicos. • Solucionar el mantenimiento y la formación de los usuarios, desde el mismo momento que se decide técnicamente la solución. RESTO DE ELEMENTOS DE LA INSTALACIÓN Acumulador. Asociación eléctrica de baterías Batería. Fuente de tensión continua formada por un conjunto de vasos electroquímicos interconectados Capacidad Nominal: C 20 (Ah) Cantidad de carga que es posible extraer de una batería en 20 horas, medida en a una temperatura de 20ºC, hasta que la tensión entre sus terminales llegue a 1,8 V/vaso. Para otros regímenes de descarga se pueden usar las siguientes relaciones empíricas: C100 / C 20
1,25 , C 40 / C 20
1,14 , C 20 / C10
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Autodescarga. Pérdida de carga de la batería cuando, ésta permanece en circuito abierto. Habitualmente se expresa como porcentaje de la capacidad nominal, medida durante un mes, y a una temperatura de 20ºC.
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ASPECTOS TÉCNICOS DEL DISEÑO DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS DE CONEXIÓN A RED
No podrán diseñarse con acumulación y/o equipos de consumo de energía
intermedios entre el campo generador y la red de distribución de la compañía. Si la potencia nominal de la instalación es superior a 5 kw la conexión será trifásica.
La suma de las potencias de las instalaciones en régimen especial
conectadas a un único centro no podrá superar la mitad de capacidad de transformación instalada para ese nivel de tensión.
El factor de potencia será lo más próximo a la unidad.
Se dispondrá de contador de salida y de entrada (o bidireccional)
Pensar en la necesidad de desconexión del inversor/es para su reparación
así como los módulos del campo generador. Los principales datos básicos requeridos en el diseño de instalaciones de conexión son:
Características de la red de distribución en la zona.
Selección del lugar disponible para la ubicación de los componentes Estimación de la radiación solar incidente.
Equipos y módulo fotovoltaico a instalar.
Determinar el tipo de montaje y estructura soporte.
La configuración del campo de generación podrá variar en función del criterio del proyectista según diversas opciones: Inversor centralizado.
Series cortas / Numerosos paralelos. Mayor seguridad eléctrica y menos sensible a sombras. Sin embargo las corrientes que circulan son mayores.
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Fig. 04 Esquema de inversor centralizado con series cortas Series largas / varios paralelos. Mayor nivel de tensión y menor valor de intensidad. Susceptible a pérdidas por sombras
Fig. 05 Esquema de inversor centralizado con series largas (izq.) e inverso en paralelo (dcha.) Inversor en paralelo
Series individuales o cortas / Numerosos paralelos. Mayor seguridad eléctrica y menos sensible a sombras. Inversor por ramal
Fig. 06 Esquema de inversor por ramal (izq.) y configuración maestro / esclavo (dcha.)
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Configuración maestro esclavo
Un inversor trabaja cuando existen bajos niveles de irradiancia. A medida que aumenta se sobrepasa el límite de potencia del inv. maestro y arranca automáticamente el esclavo
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DIMENSIONADO DE INSTALACIONES DE BOMBEO SOLAR Para conocer los consumos eléctricos requeridos en un bombeo solar es necesario conocer los siguientes datos básicos: Hf : altura de fricción (m). Contribución equivalente en altura de las pérdidas por fricción. HD: altura del deposito (m) HTE: altura total equivalente. Altura fija (constante ficticia) a la que se habría tenido que bombear el volumen de agua diario requerido. (m)
Fig. 07 Diagrama de bombeo solar
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Volumen diario de agua requerido Qd (m3 /día) . Cantidad de agua que se debe bombear por el sistema fotovoltaico. Caudal medio o aparente QAP (m3 / h). Valor medio del volumen diario de agua requerido (QAP = Q d/ 24). Eficiencia de la motobomba. ŋ MB. Nivel estático del agua H ST . Distancia vertical entre el nivel del suelo y el nivel de agua antes de la prueba de bombeo. (m) Nivel dinámico del agua HDT . Distancia vertical entre el nivel del suelo y el nivel final del agua después de la prueba de bombeo. (m) Caudal de prueba QT (m 3/ h) . Caudal de agua extraído durante la prueba de bombeo. Así la energía eléctrica consumida por la motobomba se puede obtener de la siguiente expresión:
Donde la altura total equivalente corresponde a la formula:
Una vez obtenidos los valores de consumo se procede a dimensionar el sistema de generación mediante el procedimiento indicado. En todo momento se tendrán en cuenta las especificaciones técnicas del equipo de bombeo.
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Problema 1. Supongamos una instalación de telefonía situada en Jaén con los siguientes valores anuales :
Consumo en recepción 0,5 amperios (24 Horas al día durante todo el año) Consumo en transmisión 9 amperios Tensión de trabajo 12 V 120 llamadas diarias con un tiempo medio de 3 minutos Sábados y domingos no hay llamadas Autonomía 20 días Baterías Níquel cadmio kb 0,05
Prof. descarga 80%
Auto descarga mensual 4,5% Potencia de paneles nominal P=75W Inclinación de los módulos 30º
Como el consumo se produce durante todo el año procedemos según el criterio del mes más desfavorable, tomamos aquel en el que se recibe menor radiación. 6,5 MJ/m2 de media diaria. -
Recepción
Consumo de lunes a viernes CR = 12 x 0,5 x 24 = 144 Wh
Transmisión CT = 12 x 9 x (120 x 3 / 60) = 648 Wh Consumo semanal (5 dias laborables) CR + CT = 3960 Wh -
Recepción
Consumo de fin de semana CR = 2 x 144 = 288 Wh
El consumo total de semana será entonces de = 3960 + 144 + 144= 4248 Wh Como nos interesa el consumo medio diario tenemos que: ET= 4248 / 7 = 607 Wh
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Teniendo en cuenta las pérdidas del sistema utilizamos la expresión:
R = (1 – kb – kc – kv)(1 – kaN/pd)
En este caso las pérdidas por autodescarga vienen expresadas mensualmente así que : Ka = 0,045 / 30 = 0,0015 Si consideramos las pérdidas en el convertidor despreciables (kc = 0) y un valor de 0,1 para el resto de pérdidas, tenemos que R= 0,82 y por tanto, E = 607/0,82= 740 Wh Teniendo en cuenta las pérdidas en el regulador energía necesaria producida por el generador será entonces de: EP = E / rendimiento del regulador
= 740 /0,9 = 822 Wh
Para estas condiciones (inclinación de los módulos 30º) el número de horas sol pico resulta entonces: HSP=0,2778 k H = 0,2778 x 1,38 x 6,5 = 2,49
El número de paneles necesario será de : Número de aneles = EP / 0,9 P HSP
~ Entero
= 822 /(0,9 x 75x 2,49) = 4,89
Necesitamos 5 paneles de 75 wp La capacidad útil de la batería la obtenemos de la expresión: CU = E N N
= 740 x 20 = 14.800 Wh, que en Ah resulta Cu = 14800/12= 1233 Ah
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Según la profundidad de descarga indicada la capacidad nominal será de: C = CU / pd
= 1233 / 0,8 = 1541 Ah
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Problema 2. Se desea dotar de electricidad una escuela taller durante todo el año, según los siguientes datos: Localización: Sevilla. 37,4º N Inclinación de los módulos: 50º sur Tipo de modulo: monocristalino 90 Wp El consumo eléctrico se detalla continuación: Tensión Potencia
Tiempo
cc/ ca
Consumo
(W)
(h)
(Wh)
1 ordenador personal 220
200
4
Ca
800
4 puntos de luz de 20 12
80
4
Cc
320
24
1
Cc
24
112
0,5
Cc
56
TOTAL
1200
W 2 puntos de luz de 12 12 W 1 bomba de agua
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Los coeficientes de rendimiento de los diferentes sistemas son:
Coef. Kb coeficiente de pérdidas por rendimiento de las 0,05 baterías Ka coeficiente de pérdidas por autodescarga de la 0,005 batería Pd profundidad de descarga
0,5
Kc coeficiente de pérdidas en el convertidor
0,2
Kv coeficiente de pérdidas varias
0,15
N número de días de autonomía
5
Rendimiento del regulador
0,9
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Según el enunciado el consumo total de energía diario ET asciende a 1.200 Wh, pero teniendo en cuenta las pérdidas en el convertidor tendremos que: ET= Consumo cc + Consumo en ca /(1-kc)= 320+24+56+800/(1-0,2) = 1400 Wh Teniendo en cuenta las pérdidas del sistema,
R = (1 – kb – kc – kv)(1 – kaN/pd)
(Para este caso no consideramos las pérdidas en el convertidor, pues fueron tenidas en cuenta anteriormente). Así tenemos que R= 0,76 y por tanto E = 1400/0,76= 1.842 Wh Teniendo en cuenta las pérdidas en el regulador energía necesaria producida por el generador será entonces de: EP = E / rendimiento del regulador
= 1842 /0,9 = 2.046,6 Wh
Dado que se trata de un consumo anual, establecemos el criterio del mes más desfavorable. En este caso obtenemos de las tablas que el valor de irradiancia en el mes de diciembre para Sevilla alcanza los 6,9 MJ. Para estas condiciones (inclinación de los módulos 50º) el número de horas sol pico resulta entonces: HSP=0,2778 k H = 0,2778 x 1,46 x 6,9 = 2,78
El número de paneles necesario será de : Número de aneles= EP / 0,9 P HSP
= 2.046,6 /(0,9 x 90 x 2,78 )= 9,08
Necesitamos 9 paneles de 90 wp La capacidad útil de la batería la obtenemos de la expresión: CU = E N
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N
= 1842 x 5 = 9.210 Wh, que en Ah resulta Cu= 9.210/12= 767,5 Ah
Según la profundidad de descarga indicada la capacidad nominal será de: C=C /
= 767,5 / 0,5 = 1535 Ah
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Problema 3.
Un bombeo solar extrae diariamente 1400 litros de un sondeo y se desea conocer el consumo eléctrico requerido según las siguientes especificaciones: Rendimiento de la bomba 50% Según la prueba de bombeo se conoce: HST =12 m HDT = 35 m QT= 10 m3 / h Hf = 3 m
Aplicando las expresiones indicadas con anterioridad para el caso de bombeo solar tenemos que: HTE= 4 + 12 + ((35-12)/10)x(1,4/24) + 3 =19,13 EMB= ( 2,725 x 1,4 x 20 ) / 0,5 = 152,6 Wh / día Luego se obtiene un consumo medio diario de 152,6 Wh / día
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Tablas de referencia para el cálculo de pérdidas por sombreado
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Tablas de referencia para el cálculo de pérdidas por sombreado
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