Instalación de sistemas solares sobre techos
El prese sen nte documento preparado por el Consejo Nacional de Energía es una guía para elaborar perfi les de proyectos para la inst in stal alac ació ión n de si sist stem emas as fo foto tovo volt ltai aico cos s so sobr bre e techos. Los términos y condiciones fi nales para proyectos de generación con sistemas solares debern desa sarrrolla larrse por profesio ion nales especiali!ados en este tema.
1
Instalación de sistemas solares sobre techos " Consejo Nacional de Energía Primera edición:
Enero #$%& Arte e impresión: impresión:
E'uipo (aí! )e permite la reproducción total o parcial de este documento siempre y cuando se cite la fuente. No se permite la reproducción para fi nes comerciales. Con el apoyo de* +gencia +lemana +lemana para la Cooperación Internacional ,-I/
2
Índice Introducción................................................................................................................0 .........................................................................1 SECCIÓN 1. La energía solar .........................................................................
Irradiancia.........................................................................................................................1 2adiación solar global................................................................................................ 3 Energía 4isponible +nual 5romedio ,(apa )olar/.......................................6
SECCIÓN 2. Los Sistemas Fotooltaicos ............................................7 Células ,Celdas/ 8otoeléctricas.............................................................................7 (ódulos )olares............................................................................................................9 Especifi caciones técnicas de los módulos solares...................................%$ -eneradores fotovoltaicos.....................................................................................%% )istemas solares para inyección a red y:o autoconsumo sin batería sobre techos..........................................................................................%# Estructuras para instalación de sistemas solares...................................... %0 Inversores.......................................................................................................................%1 2endimiento específi co de un )istema )olar instalado ..........................................................................................................%1 en )an )alvador ..........................................................................................................
SECCIÓN !. "imensionamiento de los SF# ....................................%6 5recio de los )8;.......................................................................................................%7 4emanda de Energía en los Edifi cios 5
Introducción =no de los objetivos generales de la 5olítica Energética Nacional es redu reduci cirr la depe depend nden enci cia a ener energé géti tica ca del del petr petról óleo eo y sus sus prod produc ucto tos s derivados> fomentando las fuentes de energía renovables. =na de las fuentes de energía renovable mayormente disponible en el país es la energía solar> por lo 'ue el Consejo Nacional de Energía ,CNE/ consciente de la importancia de iniciar estudios 'ue permitan estimar el costo y la capacidad de los sistemas fotovoltaicos 'ue se pudieran instalar en instituciones p ha preparado el presente manual manual para para reali!a reali!arr presup presupues uestos tos inicia iniciales les para para la instal instalaci ación ón de generadores fotovoltaicos en las instalaciones de edifi cios p los generadores fotovoltaicos> como se integran los sistemas solares y su producción de energía eléctrica. +dems> provee una guía sobre como reali!ar un clculo estimado de la capacidad y el costo de un sistema fotovoltaico basado en el rea donde es posible su instalación.
Energía Solar
Sistema $otooltaico
Energía el%ctrica
&
Sección
1 La energía solar es la energía radiante emitida por el sol y recibida en la tierra en forma de ondas electromagnéticas.
'e$le(ión )bsorción "i$usión
'adiación 'adiación
di$usa
directa 'adiación re$le*ada
La energía solar varía de un lugar a otro ,depende de factores geogrfi cos/> depende de la época del a?o y de las condiciones de la atmósfera local. =na de las manifestaciones de la energía solar es la lu!> a m+s lu, m+s energía .
-
Irradiancia El 1 de mar,o de 2/12 $ue un día mu0 soleado
La irradiancia es la unidad de medición utili!ada para describir la pote potenc ncia ia inci incide dent nte e por por unidad de superfi cie de todo todo tipo tipo de radi radiac ació ión n electromagnética.
o i d e m o r 6 5 2 4 m 3 1
Irradiación 3m425 Sensor 8o(
)u símbolo es -. =nidad* @att:mA. + mayor irra irradi diac ació ión n hay hay may mayor disponibilidad de energía. En )an )alvador> la Comisión Ejecutiva del 2ío Lempa ,CEL/ ha medido la irradia irradianci ncia a diaria diaria por casi casi tres a?os desde #$$9.
El 2 de agosto de 2/12 hubo muchas nubes o i d e m o r 6 5 2 4 m 3 1
Irradiación 3m425 Sensor 8o(
La irradiancia aría a lo largo de todo el a7o.
'adiación solar global En términos de energía solar se habla de Bradiación solar global. Esta es la energía solar recibida sobre una superficie hori!ontal> determinada mediante la integración de la irradiancia durante un período de tiempo determinado> generalmente una hora> un día o un a?o. =nidad* D@h:mA.
In$luencia de la nubosidad en la radiación global Cielo nublado
6rinci9almente radiación di$usa 200 0
Cielo des9e*ado: sol
6rinci9almente radiación directa 400
600
800
1000
Energía "is9onible )nual 6romedio ;a9a Solar5 La disponibilidad de energía en un lugar específi co se puede encontrar en mapas solares como los siguientes*
Estaciones
0.#$ 0.00 0.01 0.37 0.39 0.9# 0.9& 1.%3 1.%6 1.0$
<
Sección
2
C%lulas Celdas5 Fotoel%ctricas El elemento principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica> es un dispositivo construido de silicio ,eFtraído de la arena com esto es> tiene la capacidad de transformar la radiación solar directamente en electricidad.
Las celdas solares funcionan gracias al efecto fotoeléctrico. Como su nombre lo indica> es la
=
Las Las celd celdas as ms ms util utili! i!ad adas as actualmente son las de silicio monocristalino> silicio policristalino y silicio amorfo.
;ódulos Solares Los módulos solares estn constituidos por células fotoeléctricas> 'ue con una coneFión adecuada suministran voltajes sufi cientes para la recarga de baterías o aportan energía a una red eléctrica. La potencia nominal de un panel solar se da en Gatts pico ,@ p/.
(ódulos (onocristalinos
(ódulos 5olicristalinos
(ódulos de )ilicio +morfo
>
Es9eci$icaciones Es9eci$icac iones t%cnicas de los módulos solares
?eneradores $otooltaicos Los generadores solares estn formados por uno o ms módulos iguales interconectados.
%$$ @p
%$$ @p
%$$ @p
%$$ @p
0$$ @p ,0H%$$ @p/
El tama?o del generador eléctrico depende de las celdas solares con 'ue se construya. + continuación se muestra el espacio espacio re'uerido para un generador generador de un DiloGatt DiloGatt ,D@/.
)ilicio (onocristalino
)ilicio 5olicristalino
4isoloniuro de Cobre e Indio
rluto de Cadmio
)ilicio +morfo
11
Sistemas solares 9ara in0ección a red 03o autoconsumo sobre techos Los sistemas solares estn constituidos por paneles fotovoltaicos> inversores y la red donde se inyectar la energía producida por el sistema solar o la carga a servir. En el país> la colocación optima de un sistema fotovoltaico es mirando hacia el sur con una inclinación de %1J.
En este arreglo los paneles transforman la energía solar en energía eléctrica de corriente directa> el inversor transforma la energía en corriente alterna y luego por medio de un medidor es inyectada a la red. La energía consumida por la casa se mide por otro medidor. )e puede
12
Las sombras limitan la 9roducción de energía el%ctrica
)e debe evitar la sombra sombra sobre sobre los paneles solares ya 'ue esto limita la producción de ener energí gía a y pued puede e acortar la vida
Estructuras 9ara instalación de sistemas solares 4ependiendo de la estructura del techo puede uede
ser ser
nece necesa sari rio o
refo refor! r!ar ar
su
estructura para 'ue soporte el peso de los panele paneles. s. Los panele paneles s solare solares s se inst instala alan n en estr estruc uctu tura ras s espe especia ciale les> s> prefe referi rib bleme lement nte e
de
paneles
estn
no
alumi lumin nio> io>
los los
colocados
direct directame amente nte sobre sobre el techo> techo> ya 'ue necesitan ventilación para enfriarse. El volta voltaje je de oper operac ació ión n depe depend nde e de la temp temper erat atur ura> a> a
mayo mayorr
temp temper erat atur ura a
menor voltaje> lo 'ue resulta en una menor generación de energía.
Liviana y resistente al óFido. 8cil montaje sobre techos> paredes o mstiles. Inclinación conveniente. -arantía* no menor a #$ a?os. +lteración mínima del techo. 4istancia mínima del techo para facilitar enfriamiento del panel. Cuando no es posi posible ble
colo coloca car r
los paneles en el techo> es posible construir
otro
tipo
de
estructuras estructuras para su instalación.
1&
Inersores El inversor es el cerebro del sistema solar. Los paneles solares producen corriente directa> el inversor la transforma en corriente alterna. +dems> el inversor puede regular la corriente y el voltaje para 'ue el sistema trabaje siempre en el punto de mFima potencia. En el siguiente es'uema se mues muestr tra a un inve invers rsor or mono monof fsi sico co para una instalación en casa y un inversor trifsico para una instalación comercial.
Inersor tri$+sico Inersor mono$+sico
'endimiento es9ecí$ico de un Sistema Solar instalado en San Salador CEL> tiene instalado un sistema solar en la a!ot a!otea ea de su edif edifii cio cio. El gen generad erador or fotovo fotovolta ltaico ico de la instit instituci ución ón autóno autónoma> ma> tiene un capacidad de #0.16 D@p> es una instal instalaci ación ón con fi nes de invest investiga igació ción> n> ra!ón por la cual se divide en tres sub K genera generador dores> es> compue compuesto sto cada cada uno por tecn tecnol olog ogía ías s
de
silic silicio io
mono monocri crist stal alin ino> o>
policristalino y amorfo> con una capacidad indi indivi vidu dual al de 7.%9 7.%9 DGp. DGp. El gene genera rado dor r ocupa un rea de #76 m #> esta orientado al sur con una inclinación de %1J.
4e acuerdo a información proporcionada por CEL el rendimiento promedio en D@h por @p por a?o instalado de su sistema solar en )an )alvador esta entre %>1$$ y %>31$ D@h por a?o.
1-
;onocristalino
6olicristalino
&/.!
!>.-
;onocristalino
)mor$o
!.>
6olicristalino )mor$o
&/.!
!>.-
!.>
1//@
>=@
>2@
Datos: CEL
'endimiento 9or tecnología La produc producció ción n promed promedio io por a?o del sistema mono monocr cris ista talilino no ha sido sido de* %30$ D@h:D@p. La produc producció ción n promed promedio io por a?o del sistema policr policrist istali alino no ha sido sido de* %3$6 D@h:D@p. La produc producció ción n promed promedio io por a?o del sistema amorfo ha sido de* %1$% D@h:D@p.
5ara regiones fuera de )an )alvador hay 'ue hacer estudios de los rendimientos específi cos.
1
Sección
3
1<
6recio de los SF# +ctualmente> en El )alvador se puede obtener un sistema completo para inyección a red con costo entre M0>$$$ y M1>$$$ dólares por D@p ,sin I;+/> cuando no se re'uiere modifi caciones en el techo ni estructuras especiales. Cuando se re'uiere estructuras especiales el costo puede subir entre el #$ y 1$.
"emanda de Energía en los Edi$icios 6Ablicos + partir de las facturas de energía eléctrica se puede determinar el consumo mensual de la institución. Esto servir de base para determinar si es posible producir con un sistema solar toda la energía eléctrica 'ue se consume.
1=
6asos 9ara dimensionar el Sistema Fotooltaic Fotooltaico o Los pasos para estimar el tama?o y costo de un sistema solar 'ue se puede instalar en un techo son como sigue*
5aso
%
5aso
#
Oacer un plano del techo o el lugar donde se desea instalar el )8; ,incluir indicación del rumbo norte/.
Calcular el rea del techo o lugar donde se instalar el )istema 8otovoltaico.
+%P 6 metros de largo F 5 metros de ancho P
5aso
&
En caso de eFistir sombra en alg medir el rea con sombra.
+s P 2 metros de largo H
5aso
0
30 metros#
2 metros de largo P 4 metros#
5ara determinar el rea efectiva para instalar el )istema 8otovoltaico se resta el rea de sombra al total del techo.
+e P 30 metros# de rea rea total K 4 metros# de rea con sombra P 26 metros# de rea efectiva
5aso
1
Calcular la capacidad en D@ del sistema 'ue se podría instalar. 5ara encontrar encontrar el tama?o del sistema a instalar en @ se debe dividir el espacio disponible en metros cuadrados entre %$ mt#.
26 metros# de rea efectiva F % ,D@/ P 2.6 D@ # %$ metro
1>
5ara calcular el monto de la inversión a reali!ar se multiplica el tama?o del
5aso
3
sistema solar en Dilovatios ,DG/ por* a/ M0>$$$.$$ M0>$$$.$$ dólares> dólares> si no hay 'ue hacer hacer modifi modifi cacion caciones es al techo. techo. b/ M6>1$$.$$ dólares> dólares> en el caso de 'ue haya haya 'ue hacer una estructura estructura especial.
C+lculo 9ara cuando no e(isten modi$icaciones en el techoB FórmulaB 2.6 DG H M0>$$$ P )8; ,DG/ H M0>$$$
Costo )8; ,M/ P
P Costo )8; ,M/ P
DG
DG
Costo )8; ,M/ P
M10,400
C+lculo 9ara cuando se reali,an modi$icaciones en el techoB FórmulaB Costo )8; ,M/ P
)8; ,DG/ H M6>1$$
P Costo )8; ,M/ P
DG
2.6 DG H M6>1$$ P DG
Costo )8; ,M/ P M19,500
5ara estimar la producción anual de energía del sistema solar en @h> en el
5aso
rea
6
Energía ,D@h/ P
de )an )alvador> se debe multiplicar el tama?o del sistema por %>3$$.
)8; ,DG/ H %3$$ D@h
P
2.6 DG H %3$$ DGh
DG
P
DG P 4160 DGh
Este es un c+lculo estimado del sistema a instalar: 9ara el dise7o de$initio del sistema se debe contratar un consultor o una em9resa cali$icada 9ara este ti9o de dise7os.
2/
In$luencia de la nubosidad en la radiación global Cielo nublado
Cielo des9e*ado: sol
6rinci9almente radiación di$usa6rinci9almente radiación directa02004006008001000
