LENNIN PIÑEIRO RIVERA Ingeniero de Diseño B2B Febrero, 2014
1. Panasonic – Ingeniería B2B 1.1 Reseña y organización. 1.2 Líneas de trabajo. 1.3 Casos de éxito en sistemas de energía solar FV. 2. Conceptos básicos de electricidad 1.1 Definiciones: Voltaje, Corriente, Resistencia, Potencia, etc. 1.2 Leyes de Ohm y Kirchoff 1.3 El Sistema Eléctrico: Generación, transmisión, distribución. 1.4 Ejercicios Prácticos 3. Introducción a Sistemas Fotovoltaicos (PV) 3.1 Energía Solar. 3.2 La celda fotovoltaica. 3.3 Tecnologías comunes y HIT. 3.4 Especificación técnica de un Panel Solar. 3.5 Práctica de Laboratorio. 4. Sistemas Fotovoltaicos conectados a red (On-Grid) 4.1 Teoría de Funcionamiento. 4.2 Componentes principales del sistema. 4.3 Estructuras. 4.4 Especificación técnica de un inversor On-Grid. 4.5 Microinversores. 4.6 Granjas Solares.
5. Sistemas Fotovoltaicos aislados (Off-Grid) 5.1 Teoría de Funcionamiento. 5.2 Componentes principales del sistema. 5.3 Tipos de baterías. 5.4 Cálculo de un sistema Off-Grid. 6. Buenas Prácticas en Instalaciones Fotovoltaicas. 6.1 Requerimientos previos. 6.2 Inspección, planos y cronograma. 6.3 Elementos de protección. 6.4 Normativa y medidas de seguridad. 7. Proceso de Instalación 7.1 Practicas recomendadas. 7.2 Ejemplos de instalación. 7.3 Comisionamiento. 7.4 Monitoreo y mantenimiento.
Ser la compañía número uno en invovación verde en el mundo para el 2018
Innovation of Green Lifestyle
Green Innovation in Business
Módulos fotovoltaicos
Sistemas de Aire Acondicionado VRF
HVAC/PV SOLUTION TEAM Donald Avila - Director DESIGN(6) Pan: 3 Design capability: Col: 2 50 Projects per CR: 1 Month Design
ENGINEERING B2B (10) Pan: 7 Engineering
Col: 3
(Alexis Tejada)
Development VRF(Alexander)
Field & Inst.
Development
Field & Inst.
Development
SOLAR/SYSTEM
(Oriel)
VRF/Solar(Victor )
(New)
Solar/CCTV(Jaime)
(Angelo)
Team Leader
Field & Inst.
Design.
(New)
Mid Volt/Solar (Santizo)
Field & Inst. Col (Juan)
Design., Col VRF/Solar
(Yenny)
Design, Col. Solar(Lenin) Design, CA Solar/VRF (William)
Develop., Col VRF/Solar
Field & Inst. Col (New)
(Carlos)
3rd Party Procurement (Vielka)
From August 1st, 2013
Capacity: 19.6 KWp Type: On Grid Inverter: Two SMA SMC 8 KW (con Sunny Webbox) Module: HIT-200W (98 panels) Place: Montego Bay, Jamaica
Capacity: 50.4 KWp Type: On Grid Inverters: 6 SMA Sunny Boy 3 KW and 9 of 4 KW (with Sunny Webbox) Module: HIT-200W (252 panels) Place: Guatemala City, Guatemala
Capacity: 9.2 KWp Type: Off Grid Inverters & Regulators: Outback Panel type: policrystaline MP6-230W (40 panels) Place: Bogota, Colombia
Capacity: 2.03 KWp (Granja de 625 KWp) Type: On Grid Inverters: SMA 3 KW Modulo: Policristalino MP6-230W Lugar: Exuma, Bahamas
Capacidad: 113 KWp Type: On Grid Inverter: Sunny Boy 7000US and SMC-6000 Panel type: policrystaline MP6-230W Place: Kingston, Jamaica
Capacity: 118 KWp Type: On Grid Inverters : Sunny Boy 9000US and SMC-6000 Panel type: policrystaline MP6-230W (516 panels) Place: Cali, Colombia
Capacity: 1,4 MWp Type: On Grid Inverters : Power One PVI-27kW Panel type: policrystaline 250W Place: Apopa, El Salvador.
“La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo”
Voltaje (V) = Corriente (I) x Resistencia (R)
V=IxR Circuito Serie
V total = V1 + V2 V1
R total = R1 + R2 + R3 V2 Georg Ohm
I
It = Vtotal / Rtotal
t
Nota: La corriente que circula en un circuito en serie es la misma para todo el circuito.
Primera Ley de Kirchoff: “La suma de las corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del mismo.”
I2 + I3 = I1 + I4
Gustav Kirchoff
Circuito Paralelo
Segunda Ley de Kirchoff: “En un circuito, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada.”
Conclusión:
Gustav Kirchoff
1.
En un circuito en serie, se suman los voltajes. La corriente es la misma.
2.
En un circuito en paralelo, el voltaje del nodo es el mismo. Se suman las corrientes.
3. Potencia Eléctrica: Velocidad en que se consume la energía. Se mide en Joule/segundo. Un (1) Joule/segundo = 1 Watt (Vatio) En un sistema eléctrico existen tres tipos de potencia: A. La potencia real (Watts) B. La potencia reactiva (Vars): debido a elementos inductivos y capacitivos. C. La potencia Aparente (Relación entre los Watts y Vars) Analogía: Jarra de Cerveza
La potencia reactiva se considera un desperdicio que disminuye la eficiencia del sistema (resta espacio a la jarra).
Espuma: Fórmula: Potencia Reactiva (Vars)
Potencia = Voltaje x corriente x factor de potencia Potencia Trifásica: Voltaje x Corriente x fp x 1.732
Líquido: Potencia Real (Watt)
Factor de potencia (f.p) = Cos del ángulo Energía = Potencia x tiempo
Ejercicios Prácticos: 1. Una fuente de energía de 120 Voltios está conectada a una casa cuya resistencia (carga) es de 120 Omhios. Calcule cuánto es la corriente que pasa por la carga.
2. Un generador eólico tiene un voltaje de salida de 480 Voltios y una corriente de salida de 2 amperios. Considerando que el factor de potencia es 1, cuánto es la potencia de este generador?
3. Un panel fotovoltaico Panasonic tiene un voltaje máximo de salida de 37.1 V. Cuánto es su corriente máxima si su potencia de salida es de 245 Watts?
4. Un generador eléctrico de 10 KW entrega una potencia de 9.8 KW en 5 horas a una casa. Cuánto es la energía consumida por la casa?
A
En el siguiente arreglo serie / paralelo de paneles solares, determine.
I
1. Voltaje en el punto A 2. Corriente I (considerando que es un circuito cerrado) 3. Energía entregada a una carga en 10 horas (considere fp = 1)
El Sistema Eléctrico Generación (Hidro, termo, PV, Eólico, biomasa, geotérmico, etc)
Transmisión (230, 134 KV)
Cargas - Industrias - Casas - Comercios (120V, 220V, 480V, 400V, etc)
Monitoreo y Control
Distribución (13.4 KV, 34.5 KV)
El Sistema Eléctrico Sistema Monofásico
Trifásico Estrella Aterrizada
Sistema Monofásico Dos hilos (fase partida) Trifásico en Delta
Trifásico Delta Abierta
Trifásico High Leg
La Energía Solar es la energía obtenida a partir de la radiación electromagnética proveniente del Sol.
Cell
Module Solar power generating system
Photoelectric effect of semiconductor: Light → Electricity
Incident light
Electron Hole Array Constructed of several modules Mod ule Constructed of
p-n junctio n
p-type semiconduct or
Cell
n-type semiconduct or
Minimum unit
Array Electricity generated when light strikes the solar cell
Flow of electricity
Solar Cell Performance
Conversion Efficiency
=
Electric Energy
Light Energy
several cells
Higher the figure, higher the power generation capacity
Types
Hybrid (HIT)
Silicon Semicondu ctor solar cells
Cell Efficien cy
Module Efficienc y
Single C-Si + A-Si
19 to 20%
16 to17.4%
Single Crystalline Si
14 to 16%
12 to 14%
Poly Crystalline Si
13 to 15%
12 to 14%
6 to 10%
4 to 8%
Technology
Crystali ne Crystallin e
A-Si , Amorpho A-SiGe , us A-SiC
Compound Semicondu ctor solar cells
Thin Film
-
Others
CdS , CdTe , Cu2S
CuInSe2
Notas: La corriente del Módulo depende Directamente de la radiación solar (Watts/m2). La temperatura afecta el voltaje del módulo.
TARGET = 0 Degrees (+/- 10 Degrees)
Notas: -
NORTH
Same as Latitude (+/- 10%)
Equipos necesarios SOUTH SOUTH
COMPASS
LEVEL
Una correcta inclinación y orientación evitará pérdidas adicionales del sistema. Si no se pueden conseguir la orientación e inclinación perfectas, simulaciones por software y pruebas de campo son requeridas para verificar generación.
Diodos de Bypass
Los diodos de bypass proporcionan Un camino alterno para la corriente en Caso de falla de una o varias celdas.
Ejemplo: Para un panel de 245 Watts, que opera a 40 grados centígrados, su potencia de salida será: Pérdida por temp = (40-24)x0.465 = 6.98% Ptotal = 245 – (245x0.0698) = 227.90 Watts Eficiencia = Potencia / (Irradiancia x Area)
Cloud y
8
10
12 Time
14
16
Power generation
Rainy
Power generation
Power generation
Fine
8
10
12 Time
14
16
8
10
12 Time
14
16
Los inversores On-Grid están diseñados (por normas) para desconectarse cuando hay ausencia de red eléctrica.
Notas: -
Los inversores multistring sirven para colocar paneles con diferente orientación y/o para reducir el efecto de sombras parciales. - Cada string tiene un seguidor del punto de máxima potencia independiente.
Inyección a media o alta tensión. Monitoreo a nivel de strings. Subestación eléctrica. Sistema de monitoreo remoto de control (SCADA – Supervisory control and data acquisition). Cerca perimetral, seguridad (CCTV), estación meteorológica. Arreglos de Paneles
Subestación
Inversor On-Grid
Transformador a Interruptor telecontrolado media tensión
GRID
Señal de control en caso de falla de string
Señal de control desde centro de despacho
Los sistemas aislados (Off-Grid) se caracterizan por contar con almacenamiento energético en baterías puesto que se asume que no se cuenta con otra fuente de energía diferente a la solar. Requiere controlador de carga. Conexión de paneles en paralelo. entrada DC inversor típica de 12/24/48V.
Panasonic Latin America Proyect: Load Type: Person in charge:
INTELREDES 2K Jaime Chong
Panel Model: VBMS250AE02 Maximum Voltage of Panel (V) 30,2 Maximum Amp of Panel (A) 8,3 Losses of Cable & Inverter (%) 0,15 Solar day (hour) Energy per Panel (Ah) Battery Capacity (Ah) Battery Flotation (V) Charge Controller (A) Days of Backups for Batteries
Item 1 2 3 4 5 6 7
Total # of panels: Battery Bank Qty (24V) Battery Qty (without backup) Total Battery Qty (backup included) Inverter Capacity: Charge Controller Qty
Identificar potencia de carga W. Conocer las horas de uso h-dia. Radiación solar del sitio. Determinar energía uso Wh-dia. Determinar corriente A-h. Conocer días de back-up Seleccionar equipos.
System Voltage (V) System Amp. (A) Sys. Vol. inc. Flotation (V) Sys. Amp. inc. Flotation (A) Energy per Panel inc. Flot. (Ah)
4,5 31,75 225,00 2,25 60,00 1,50
Load Carga fija
7,46 1,68 4 6 2500 1,38
QTY Power Comsumption (W) 1 2000
Real 8,00 2,00
2,00
24,0 10,44 27,00 9,28 35,51
Daily Usage (h) 4
Total Power Com. (W) 2000 0 0 0 0 0 0 2000
Total Watts- Current (Ah h) 8000 264,90 0 0,00 0 0,00 0 0,00 0 0,00 0 0,00 0 0,00 8000 264,90
Verificar tipo de techo (subir). Confirmar ubicación de vigas o carriolas. Confirmar tornillo del techo (tipo, diametro y largo). Verificar método de impermeabilización. Verificar espacio disponible para colocar inversores. Confirmar (con multímetro) voltaje del sitio. Verificar unifilar eléctrico con el cliente. Identificar mejor punto para interconexión. Luego de verificado los tableros de interconexión, confirmar capacidad en barras, alimentadores Y protecciones. Verificar que los planos de instalación estén acorde a la realidad. Verificar las mejores rutas para el cableado (y si hay espacio disponible en infraestructura). Confirmar punto de red para cableado de comunicación (monitoreo) Establecer un cronograma de ejecución de la instalación.
Existen normas técnicas para instalación de sistemas eléctricos: NEC (NATIONAL ELECTRIC CODE) 2011 - 2014 • TABLA 315-15(B) • TABLA 250.22 NTC-2050 (NORMA TÉCNICA COLOMBIANA) • TABLA 310-16 • TABLA 250-94 Definen criterios para una adecuada instalación, el correcto uso del cableado eléctrico, puesta a tierra, ductos, protecciones, entre otros.
TABLA 315-15(B) Capacidad de corriente en conductores.
TABLA 315-15(B) Factor de corrección por temperatura.
TABLA 315-15(B) Factor de corrección por cantidad de conductores que llevan corriente.
Para aplicaciones fotovoltaicas, la capacidad de corriente del conductor se determina por el factor de 1.56 (no 1.25), según NEC 690.8. Motivo: Niveles de Irradiancia sobrepasan STC (1000W/mt2), pueden llegar a Valores de 1400 a 1600 (1250 W/mt2 es bastante común). Nota: No aplica para DC, sólo en caso de PV.
GROUNDING & BONDING
BONDING , PE, Protective Earth, System Ground: Es la tierra que conecta cualquier parte metálica de equipo a la barra principal de tierra.
TIERRA (Earth), Tierra Eléctrica: Puesta de conexión a tierra. Otros Términos: Grounded Conductor: conductor puesto a tierra (conductor neutral) EGC: Equipment Grounding Conductor (bonding) Grounding Electrodo: Electrodo de puesta a tierra (malla) GEC: Grounding Electrode Conductor (conductor de electrodo de tierra) Nota: en un inversor, las tierra del lado DC, AC y Bonding deben ser el mismo punto.
GROUNDING & BONDING (Tabla NEC 250.22)
CUÁNDO REQUIERE EL NEC QUE SE COLOQUEN FUSIBLES DE PROTECCIÓN DC EN LOS COMBINERS Y/O INVERTERS? Respuesta: los fusibles DC instalados en Combiner Boxes tienen la función de proteger a los módulos PV de corrientes inversas, en caso de que ocurra una falla. Si el módulo tiene la capacidad de manejar esta corriente, no se necesita fusible. Fórmula: (Número de arreglos – 1) X Isc x 1.25 > PV Series Fuse Rating
Cálculo de diámetro de tuberías
Ejercicio: Cuántos cables máximo calibre 1/0 AWG se pueden Instalar dentro de una tubería de 2”? Respuesta: 4
L-Foot
MID CLAMP Leg
END CLAMP RIEL
Grounding Weblug
Grounding Weblug
Rieles de 240” = 4 Rieles de 132” = 4 L-Foot = 20 End Clamp = 8 Mid Clamp = 28
Splice Bar
NORTH
TARGET = 0 Degrees (+/- 10 Degrees)
Notas: -
JAMAICA
Same as Latitude (+/- 10%)
Equipos necesarios SOUTH
SOUTH
COMPASS
LEVEL
Una correcta inclinación y orientación evitará pérdidas adicionales del sistema. Si no se pueden conseguir la orientación e inclinación perfectas, simulaciones por software y pruebas de campo son requeridas para verificar generación.
According to NEC 690.31 – B: “Because PV Modules may operate at high temperatures and are installed in outdoor, exposed locations, the use of high temperature, wet rated conductors such as USE-2, THWN-2, or RHW-2 is advisable” “Single conductor cables listed and labeled for use in PV Applications will be indentified as PV WIRE, PV CABLE, Photovoltaic wire or photovoltaic cable”
Notes: - Minimun cable size for DC should be #10 AWG (PV Wire). - Cable ampacity should be checked in NEC 310.15
Use the Right Tool!
MC4
MC3
No se permite!! TYCO
No se permite!!
Connection Diagram
Use tornillos con arandela de caucho
Utilize impermeabilizante de buena calidad
Personal calificado debe realizar esta labor.
Realice prueba con agua a presión antes de colocar los paneles.
REJECT ED
Approve d!!
1. Limpieza de paneles contra polvo, suciedad, objetos, etc. Recomendable realizar limpieza con agua a presión, sin utilizar ningún tipo de detergente ó líquido. En caso de persistir la suciedad, puede usar un paño de microfibra para limpiar. Nunca camine encima de los paneles (Vidrio). Frecuencia: Dependerá del nivel de suciedad del sitio y época del año. 2. Verificación de torque de en terminales de Combiner Box e Inversores: recomendado realizar dos veces al año (cada 6 meses). Una terminal floja puede causar un punto de alta resistencia y calentamiento, lo cual en DC es un potencial riesgo de incendio. Para realizar ajuste de torque en inversor por favor apague el inversor. 3. Verificación de historial de alarmas de los inversores: esto le ayudará a ir previendo alguna posible falla en el futuro (falla a tierra por causa de un string defectuoso por ejemplo). Frecuencia: Dos veces al mes. En caso tal de que una alarma grave se presente, la misma puede ser monitoreada a través del sistema Aurora Vision. 4. Limpieza de inversores con inyector de aire (similar al utilizado en las máquinas de Telares). Frecuencia: diario. 5. Verificación de posibles filtraciones de agua en elementos exteriores, por ejemplo, combiner boxes, tuberías, inversores, etc. Frecuencia: una vez al mes durante estación lluviosa.
