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• Adriana Agudelo

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• Fusible (Eléctrico)
• Corriente eléctrica
• Energia electrica
• Fotovoltaica
• Inversor de energia

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Contenido 1.

OBJETIVO ................................................................................................................................ 2

2.

ENUNCIADO ............................................................................................................................ 2

3.

DESARROLLO ......................................................................................................................... 3 3.1

Energía media anual producida .......................................................................................... 3

3.2

Diseño inversor ................................................................................................................... 5

3.2.1

Módulos en serie ............................................................................................................. 5

3.2.2

Dimensionamiento campo solar ...................................................................................... 6

3.2.3

Ramas o string ................................................................................................................ 6

3.2.4

Dimensionamiento fusible ............................................................................................... 6

3.2.5

Agrupamiento se series o string en cajas de protección primaria .................................... 7

3.2.6

Agrupamiento se series o string en cajas de protección secundaria................................ 7

3.3

Esquema unifilar ................................................................................................................. 8

4.

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 9

5.

REFERENCIAS ........................................................................................................................ 9

Tablas Tabla 1. Radiaciones globales medias mensuales en MJ/m2 día Castellón ...................................... 3 Tabla 2. Radiaciones globales medias mensuales en kWh/m2 día Castellón .................................... 3 Tabla 3. Energía producida ............................................................................................................... 5

Figuras Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura

1. Radiaciones medias globales MJ/m2 Castellón (CA) y Zaragoza (ZA) ............................. 2 2. Factores de corrección por latitud ..................................................................................... 2 3. Factor de corrección K en Castellón ................................................................................. 4 4. Fusibles Telergon para cajas primarias ............................................................................. 7 5. Fusibles Telergon para cajas secundarias ........................................................................ 7 6. Fusibles AMB para cajas secundarias .............................................................................. 8 7. Diagrama unifilar ............................................................................................................... 8 8. Diagrama unifilar caja de protección primaria ................................................................... 9

1

1.

OBJETIVO

•

Estimar la energía media vertida a red de una instalación solar fotovoltaica, así como el diseño del inversor y el campo de paneles asociado a la misma. 2.

ENUNCIADO

Ubicación: Castellón (40 º N, 0º W) o Zaragoza (41.7ºN, 0,9 W) 2. Inclinación: la que haga máxima la captación de energía. Tabla de radiaciones globales medias mensuales en MJ/m2 día para las ciudades de Castellón (CA) y Zaragoza (ZA), ver Figura 1.

Figura 1. Radiaciones medias globales MJ/m2 Castellón (CA) y Zaragoza (ZA)

Factores de corrección por latitud (emplazamiento), ver Figura 2.

Figura 2. Factores de corrección por latitud Imagen tomada de [1]

Para evacuar la energía se utilizará el inversor Ingecom Sum de 100 kW de potencia u otro similar que proponga el alumno. Las características de este son: •

Potencia nominal:100 kW

2

• • • • • • •

Potencia máxima:110 kW Tensión de salida (entre fases):400 V trifásica Nominal/Máx. corriente de salida:144 A/187A Frecuencia de salida:50 Hz. (±1Hz) Máxima tensión de entrada:900 Vdc Rango tensión mpp entrada:405 -750 V Máxima corriente de entrada:286 A

Los paneles para utilizar serán ATERSA A 230 P o cuyas características son: • • • • •

Potencia: 230 Wp Corriente punto de máxima potencia: 7,62 A Tensión punto de máxima potencia:30,20 V Corriente de Cortocircuito:8,12 A Tensión a circuito abierto: 37,40 V

3. DESARROLLO

3.1 Energía media anual producida La zona en la que se emplazará el proyecto es en Castellón (40 º N, 0º W), la cual tiene una altitud de 40°. En la Tabla 1 se aprecia las radiaciones globales medias mensual en MJ/m2 y en la Tabla 2 las radiaciones medias globales en kWh/m2 en Castellón.

Zona Castellón

En 8

Feb 12.2

Mar 15.4

Abr 17.4

Mayo 20.6

Jun 21.4

Jul 23.9

Ago 19.5

Sept 16.6

Oct 13.1

Nov 8.6

Dic 7.3

Tabla 1. Radiaciones globales medias mensuales en MJ/m2 día Castellón

Zona Castellón

En

Feb

Mar

Abr

Mayo

Jun

Jul

Ago

Sept

Oct

Nov

Dic

2.22 3.39 4.28 4.83 5.72 5.94 6.64 5.42 4.61 3.64 2.39 2 Tabla 2. Radiaciones globales medias mensuales en kWh/m día Castellón

2.03

El ángulo de inclinación optimo esta da por: 𝛽𝑜𝑝𝑡 = 3.7 ∗ 0.69 ∗ 𝜙 Donde, 𝜙, es la latitud del lugar, que en este caso es de 40°. 𝛽𝑜𝑝𝑡 = 3.7 ∗ 0.69 ∗ 40 = 31 Por lo que se tomará una inclinación de 30°. Factor de corrección k: Castellón está ubicado en una latitud 40°. El ángulo de inclinación será 30°, por lo que el factor de corrección k son las que de señalan en la Figura 3.

3

Figura 3. Factor de corrección K en Castellón Imagen tomada de [1]

Los paneles para utilizar serán ATERSA A 230 P cuyas características son: • • • • •

Potencia: 230 Wp Corriente punto de máxima potencia: 7.62 A Tensión punto de máxima potencia:30.20 V Corriente de Cortocircuito:8.12 A Tensión a circuito abierto: 37.40 V

La energía vertida a la red está dada por: 𝐸𝑃 =

𝐺𝑑𝑚 (𝛼𝛽) ∗ 𝑃𝑚𝑝 ∗ 𝑃𝑅 𝐺𝐶𝐸𝑀

Donde, 𝐺𝑑𝑚 (𝛼𝛽), valor medio mensual y anual de la irradiación diaria sobre el plano generador (kWh/m2 por día). 𝑃𝑚𝑝 , potencia pico del generador, 230 kWp. 𝐺𝐶𝐸𝑀 , irradiación solar en condiciones estándar de medida, 1 kW/m2. PR, rendimiento energético de la instalación, se tomaron valor de PR estándar.

Mes

Gdm(0) (MJ/m2)

Gdm(0) (kWh/m2)

Factor k

Gdm (0,35) (kWh/m2)

PR

Ep (kWh/día)

Ep (kWh/mes)

Ene Feb

8 12.2

2.22 3.39

1.34 1.26

2.98 4.27

0.77 0.77

550.29 789.10

17,059.11 22,094.71

4

Mes

Mar Abr May o Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic

Gdm(0) (MJ/m2)

Gdm(0) (kWh/m2)

Factor k

Gdm (0,35) (kWh/m2)

PR

Ep (kWh/día)

Ep (kWh/mes)

15.4 17.4

4.28 4.83

1.17 1.07

5.01 5.17

0.76 0.75

912.91 930.90

28,300.29 27,927.02

20.6

5.72

1.01

5.78

0.74

1,026.43

31,819.33

21.4 23.9 19.5 16.6 13.1 8.6 7.3

5.94 6.64 5.42 4.61 3.64 2.39 2.03

0.98 1.01 1.09 1.2 1.34 1.43 1.41

5.83 6.71 5.90 5.53 4.88 3.42 2.86

0.72 0.71 0.71 0.73 0.74 0.76 0.84

1,006.66 1,142.58 1,006.07 969.44 866.00 623.10 576.41 866.66 [kWh/día]

30,199.70 35,419.99 31,188.19 29,083.22 26,845.94 18,692.97 17,868.66 26,374.93 [kWh/mes]

Promedio Tabla 3. Energía producida

La energía media vertida a la red es de 866.66 kWh/día, como se aprecia en la Tabla 3.

3.2 Diseño inversor

El inversor tiene las siguientes características: • • • • • • • •

Potencia nominal:100 kW Potencia máxima:110 kW Tensión de salida (entre fases):400 V trifásica Nominal/Máx. corriente de salida:144 A/187A Frecuencia de salida:50 Hz. (±1Hz) Máxima tensión de entrada:900 Vdc Rango tensión mpp entrada:405 -750 V Máxima corriente de entrada:286 A

3.2.1 Módulos en serie Suponiendo que el punto óptimo del inversor se encuentra en medio del intervalo 405-705 V, es decir 577.5 V. La tensión en el punto de máxima potencia es de 30.20 V. Por lo que el número de módulos en serie esta dado por: 𝑉𝑀𝑃𝑃 577.5 = = 19.2 ≈ 20 𝑉𝑚𝑜𝑑 30.20 Se requieren 20 módulos en serie. Se procede a verificar que cuando los módulos trabajen a circuito abierto (tensión de 37.40 V), no se supere la máxima tensión de entrada del inversor que es: 𝑀á𝑥 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 = 20 ∗ 37.40 = 748 𝑉

5

En las especificaciones del inversor, se indica que la máxima tensión de entrada es de 900 Vdc, por lo que se cumple ya que 748 V < 900 V.

3.2.2 Dimensionamiento campo solar Teniendo en cuenta que para dimensionar el campo solar se recomienda dimensionar entre 10% y 20% de la potencia nominal, se dimensionará con 15%. La plantan solar fotovoltaica tiene una potencia pico de 240 kWp y potencia nominal de 200 kW. Los inversores tienen una potencia nominal de 100 kW, por lo que usarán dos inversores. 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 115,000 𝑊𝑝 = = 500 𝑃𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 230 𝑊𝑝 Por cada inversor se requerirán 500 paneles, por lo que en total para los dos inversores re requieren 1,000 paneles.

3.2.3

Ramas o string

El número de ramas esta dado por: 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 1,000 = = 50 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑟𝑎𝑚𝑎 20 Para cada inversor se requieren 25 ramas. Por cada serie/rama/string circulan en condiciones nominales 7.62 A, por lo que para las 25 ramas circularán 25*7.62 A=190.5 A. La máxima corriente de entrada del inversor es de 286 A, para las 25 ramas se cumple 190.5 A < 286 A. Para el caso de cortocircuito circula por cada serie 8.12 A, por lo que por toda la rama circularán 25*8.12 A=203 A. La máxima corriente de entrada es de 286 A, en condiciones de corto circuito se sigue cumpliendo con esta condición.

3.2.4 Dimensionamiento fusible Para dimensionar los fusibles se utilizará la norma IEC 62548, aplicando un coeficiente de 1.4 veces la intensidad de corto circuito del conjunto de paneles. Intensidad de corto circuito por panel 8.12 A, por lo que el calibre del fusible debe ser de mínimo: 8.12 ∗ 1.4 = 11.37 𝐴 Como se aprecia en la Figura 4 Telergon ofrece 5 posibilidades, de las cuales sólo una se adapta al proyecto (9 string por 12 A), debido a que la corriente del fusible debe ser mayor a 11.37 A. Por lo que está es la opción seleccionada.

6

Figura 4. Fusibles Telergon para cajas primarias Imagen tomada de [2] y adaptada

3.2.5 Agrupamiento se series o string en cajas de protección primaria Como se analizó en el ítem 3.2.4 cada fusible tiene 9 string x12 A, en este caso son 25 string por inversor, es decir que se requieren 3 cajas de protección primaria por cada inversor: • •

Dos cajas con 9 string. Una caja con 7 string (queda espacio para ampliación).

Otra opción con el objetivo de equilibrar las cargas es: •

5 cajas con 5 string cada una (quedando espacio de 4 string en cada caja).

Con el fin de equilibrar la potencia en cada rama, se escoge la opción de 5 cajas primarias.

3.2.6 Agrupamiento se series o string en cajas de protección secundaria Como se indico en el ítem 3.2.5, se seleccionaron 5 ramas/string, las cuales se alojarán en la caja secundaria, por lo que: • •

Intensidad de cortocircuito=5*8.16 A=40.8 A El calibre del fusible deberá ser mayor de 1.4*40.8 A=57.12 A

Como se aprecia en la Figura 5 los fusibles para las cajas secundarias de Telergon llegan hasta máximo 40 A, por lo que no se adapta al proyecto que debe ser de mínimo 57.12 A.

Figura 5. Fusibles Telergon para cajas secundarias Imagen tomada de [2] En la Figura 6 se aprecia los detalles de la caja secundaria más cercana con el proveedor AMB GreenPower, con 10 string y 100 A. Por lo que este será el utilizado.

7

Figura 6. Fusibles AMB para cajas secundarias Imagen tomada de [3]

3.3 Esquema unifilar En la Figura 7 y Figura 8 se aprecia el esquema unifilar del diseño realizado.

Figura 7. Diagrama unifilar

8

Figura 8. Diagrama unifilar caja de protección primaria

4. CONCLUSIONES •

Para la instalación de un sistema de paneles fotovoltaicos es de vital importancia la orientación de los paneles, en la dirección e inclinación donde se obtenga la mayor captación, para el caso analizado la inclinación de 30° era la óptima.

•

La energía vertida a la red es 866.66 kWh/día, este es la energía óptima encontrada, en otros ángulos la energía sería menor a la encontrada.

•

Para el dimensionamiento se tomó un valor de 15% se sobredimensionamiento, aunque en la práctica suelen usar 20%.

•

Para determinar el número de cajas de protección primaria se buscó equilibrar las cargas, de esta forma el resultado fueron dos cajas más a las que dieron inicialmente sin equilibrio de cargas. Lo anterior aumenta el costo, por lo que no siempre se pueden equilibrar las cargas.

5. REFERENCIAS [1] [2] [3]

IDAE, “Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura,” 2009. Telergon, “Energías renovables Fotovoltaica,” Zaragoza-España. AMB GREENPOWER, “FICHA TÉCNICA CUADRO STC10 100A.”

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