• Categories
• Energía solar
• Celda solar
• Panel solar
• Silicio
• Fotovoltaica

Citation preview

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved. Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Instalaciones solares fotovoltaicas

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

M. Carlos Tobajas

e-mail: [email protected] www.canopina.com

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Cano Pina, S.L. – Ediciones Ceysa © © Este producto está protegido por las leyes de propiedad intelectual. Está prohibida la reproducción o distribución de parte alguna de la presente edición, ya sea por medios electrónicos, mecánicos o cualquier otro, sin la previa autorización del editor. © de la presente edición: Cano Pina, S.L. – Ediciones Ceysa ©

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

© de la obra: el autor

Título: Instalaciones solares fotovoltaicas Autor: M. Carlos Tobajas Edita: Cano Pina, S.L.- Ediciones Ceysa ISBN: 978-84-15884-14-9 Producción: Susana Encinas Diseño de portada: Sara Martínez

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Prólogo Dentro de las energías renovables la solar fotovoltaica es la que tiene un auge más considerable, debido al encarecimiento de las energías convencionales y a los aumentos de la contaminación. La energía solar fotovoltaica se subdivide en dos partes una es la fotovoltaica aislada y la otra la fotovoltaica por conexión a la red general de la compañía eléctrica. Aunque, debido a la crisis mundial, las primas se han reducido, todavía resulta rentable producir energía eléctrica de esta forma. En viviendas aisladas o señalización situadas en el medio rural se está imponiendo bastante por su rentabilidad y autonomía. El Código Técnico de Edificación en su documento básico HE-5 (ahorro y energía) ha variado el contexto que existía en el estudio de la energía solar eléctrica. El libro está dirigido a alumnos estudiantes de FP y al personal que está interesado en la instalación de este tipo de energía. El temario del libro se divide en 7 temas, contando el último con 4 casos prácticos a modo de compresión de la teoría explicada. El primer tema del libro está dedicado a los tipos de placas solares fotovoltaicas y a sus conexiones, configuraciones, también se detallan los demás componentes como los reguladores, acumuladores y convertidores, todos ellos se describen de una forma sencilla para su mejor entendimiento. El segundo tema del libro está dedicado a la configuración de las instalaciones solares fotovoltaicas, a la radiación solar con sus unidades y a la orientación e inclinación de los paneles solares. También se efectúan cálculos para la determinación del número de paneles solares y baterías. Para terminar el tema, se hace hincapié en las caídas de tensión de los cables eléctricos con respecto a la sección del conductor, también se detalla la simbología y su aplicación en esquemas. El tercer tema está dedicado al montaje de los paneles solares y su estructura de sujeción, con el cálculo elemental de esfuerzos. Se detallan los tipos de materiales empleados para la sujeción de paneles, haciendo hincapié en los sistemas de seguimiento solar y su motorización según el número de ejes que tenga el sistema. A continuación se estudian los sistemas de integración arquitectónica y urbanística.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

El cuarto tema comenta el montaje de los elementos fundamentales de las instalaciones solares, detallándose las características de ubicación de las baterías y su conexión. También se observa el conexionado de la instalación con sus esquemas y por último se detalla la conexión a tierra de los elementos. El quinto tema está dedicado a las tareas de mantenimiento de las instalaciones solares, se explican los instrumentos necesarios para estas tareas, así como la revisiones pertinentes, también se explican los métodos para la conservación y comprobación de los reguladores y convertidores con sus tipos de averías más frecuentes. El sexto tema introduce la reglamentación de las instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a red eléctrica, considerando la solicitud de conexión eléctrica, el punto de conexión, protecciones, tomas de tierra, armónicos, verificaciones y las medidas de consumo. El séptimo completa el libro con el desarrollo de cuatro casos prácticos, según HE-5 del Código Técnico de Edificación. Por último quiero agradecer a todas las personas que me han ayudado a efectuar este libro, con especial mención a los instaladores de energía solar fotovoltaica que me han informado del desarrollo de este tipo de instalaciones solares, y amigos colaboradores los cuales me han apoyado y ayudado en el desarrollo del mismo. El autor Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Índice 1

Identificación

de elementos de las instalaciones de energía solar fotovoltaica

2

Configuración

de las instalaciones de energía solar fotovoltaica

3

Montaje

de los paneles de las instalaciones de energía solar fotovoltaica

4

Montaje

de las instalaciones de energía solar fotovoltaica

5

Mantenimiento

6

Conexión

7

Casos

A

Anexos

y reparación de las instalaciones de energía solar fotovoltaica

a la red de las instalaciones de energía solar fotovoltaica aisladas

prácticos

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

1

Identificación

de elementos de las instalaciones de energía solar fotovoltaica

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Contenidos

1.1

Tipos

de paneles

1.2

Placa

de características

1.3

Sistemas

1.4

Tipos

1.5

Reguladores

1.6

Convertidores

de agrupamiento y conexión de paneles

de acumuladores

ir

Cuestiones

ir

Ejercicios

propuestos

Índice

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Una instalación solar fotovoltaica es aquella que transforma la radiación solar en electricidad para la utilización en aparatos eléctricos de las viviendas y en instalaciones específicas. Una utilidad importante es la incorporación de esta energía, mediante venta, a la red eléctrica general.

e

γ

Luz

e

e

La energía solar fotovoltaica está basada en el efecto fotoeléctrico, y consiste en la cantidad de electrones que un metal es capaz de proporcionar cuando recibe del sol una radiación del tipo fotónica. La teoría del efecto fotoeléctrico está demostrada en la ecuación:

Fotoelectrones

E=h·f

Metal

Donde: E; energía recibida de los fotones Fig. 1.1 Efecto fotoeléctrico. Fuente: CSIC

h; constante de Planck = 6,62 · 10-34 J·s f; frecuencia en Hz o en ciclos/segundo

Una instalación solar fotovoltaica está compuesta por: • Placa o captador solar fotovoltaico. • Regulador. • Acumulador o batería. • Convertidor o inversor. • Elementos para el conexionado y puesta de funcionamiento.

Sol Convertidor cc/ca cc

Consumos en ca ca

Regulador Convertidor cc/cc cc

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Paneles solares

Consumos en cc cc

Batería

Fig. 1.2 Composición de una instalación solar fotovoltaica aislada

1.1 Tipos

de paneles

volver

Una de las partes más importantes de una instalación solar fotovoltaica es el panel (también captador solar o módulo fotovoltaico). Su función es captar la energía radiante solar y transformarla en energía eléctrica. Un panel solar está compuesto por un número variable de células solares, entre 31 y 36, conectadas eléctricamente en serie, del número de células depende el voltaje de salida; el fabricante es el que decide el número mínimo para garantizar la carga efectiva del banco de baterías.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

La superficie del panel oscila entre 0,5 y 1,3 m2, donde las células están ensambladas entre dos estratos, uno superior de cristal de silicio y otro inferior de material plástico. Estos dos productos se colocan en un horno de alta temperatura resultando un bloque único laminado, donde se añaden marcos que normalmente son de aluminio. 1. 2. 3. 4. 5.

Policristalino Monocristalino Monocristalino alta eficiencia Silicio amorfo Silicio amorfo semitransparente

5

4

3 2 1 Fig. 1.3 Tipos de células fotovoltaicas

La célula solar fotovoltaica está formada por la unión de dos materiales semiconductores de silicio dopado (impurezas en el silicio), uno tipo N y otro tipo P haciendo la unión P-N o unión diodo. Al incidir la luz solar aparece un campo eléctrico desde la zona N, donde están los electrones libres, hasta la zona P, donde existen los huecos, aunque dentro del semiconductor las cargas están compensadas, aparecen polaridades localizadas en la interfase unión P-N.

1.1.1 Fabricación

de células solares

El proceso de fabricación de las células solares de silicio lo podemos dividir en tres grandes etapas. • Obtención

del silicio de alta pureza. Éste se obtiene a partir del óxido de silicio, SiO2, básicamente cuarzo, que es muy abundante en la naturaleza y, por ello, el abastecimiento está asegurado. El problema es que tiene que ser de gran pureza, semejante al semiconductor normal utilizado en la industria electrónica. Actualmente se está trabajando con silicio de menor pureza para la fabricación de células solares, obteniendo como resultado un menor coste.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

• Obtención

de obleas. Utilizando como materia prima polvo de silicio de alta pureza se hace crecer el monocristal hasta obtener una pieza cilíndrica de diámetro variable entre 2 y 20 cm, con longitud alrededor de 1 m. La barra de silicio se corta mediante sierras especiales produciendo obleas de espesor aproximado de 300 µm. En esta etapa hay una pérdida de material de aproximadamente un 60% en forma de serrín. Actualmente existen otras formas más eficientes de cortado de la barra.

• Procesado de la oblea. Para obtener finalmente la célula solar, la oblea sufre un procesado que consiste de los siguientes pasos:

-- Lampeado y pulido. -- Formación de unión P-N. -- Decapado y limpieza. -- Capa antirreflectante. -- Fotoligrafía para formación de contactos.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

-- Material para soldadura de electrodos. -- Limpieza del decapante. La formación de la unión P-N es la etapa más crítica de todo el proceso de fabricación, debido a que el buen funcionamiento de la célula solar depende en gran medida de una buena unión P-N. Por otro lado, una adecuada capa antirreflectante también es necesaria, ya que una superficie de silicio bien pulida puede llegar a reflejar hasta el 34% de la radiación de onda larga y un 54% si es de onda corta. Como se puede observar, la fabricación de células solares es muy compleja. La materia prima es la arena común (SiO2), a la que se le extrae el oxígeno que contiene y donde el silicio resultante Fig. 1.4 Célula fotovoltaica sufre un complejo proceso de purificación y se transforma en policristalina plaquitas de silicio fotovoltaico, posteriormente, se efectúan las operaciones físico-químicas de formación del circuito eléctrico interno y de formación de electrodos metálicos anteriormente descritos. Por último, se encapsula y se forman los módulos o paneles. En la figura 1.5 se detalla gráficamente el proceso de fabricación: Cuarcita Silicio de grado semiconductor Policristalino

Monocristalino

Obleas Células

Módulos fotovoltaicos

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Fig. 1.5 Proceso de elaboración de células solares

Los tipos de paneles solares que actualmente están en el mercado son: • Paneles solares monocristalinos. • Paneles solares policristalinos. • Paneles solares amorfos. • Paneles solares de sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre. • Paneles solares de arsénico de galio. • Paneles solares bifaciales.

Paneles solares monocristalinos: proporcionan el rendimiento más elevado, alrededor del 20% en la fabricación en serie y un 24% en modelos de laboratorio. Se obtienen de silicio puro fundido y dopado con boro, su inconveniente es que tienen un precio medio alto. Por su rentabilidad energética son las placas más utilizadas. Paneles

solares policristalinos:

proporcionan un rendimiento entre 12 y 14%, tienen un espesor

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

reducido de varias micras. Se diferencian de los paneles monocristalinos en que son de forma cuadrada, esto hace que se aproveche mejor el espacio entre las células que componen el panel solar, también se tendrá en cuenta que el coste por panel es menor, ya que se aplica menos silicio en su fabricación y su proceso es menos complicado. Paneles solares amorfos: proporcionan un rendimiento inferior al 10%, tienen como ventaja su maleabilidad. Actualmente se instalan en tejados (tejas solares) y superficies de edificios de oficinas donde se aplica en tamaños considerables por su adaptabilidad. Ser extremadamente delgados y económicamente rentables hace que tengan un futuro muy prometedor. Fig. 1.6 Tejado con panel solar amorfo (tejas solares)

Paneles

solares de sulfuro de cadmio y sulfuro

de cobre:

tienen como ventaja que su proceso de fabricación es fácil porque se utiliza poco material activo. Los rendimientos máximos obtenidos en laboratorio no superan el 10%, que quedan reducidos a la mitad cuando llegan a la actividad industrial. Otro problema radica en que estas células se degradan con el paso del tiempo, pero se continúa estudiando, porque los precios pueden ser muy competitivos debido a su bajo coste. Paneles solares de arsénico de galio: son los más indicados para la fabricación de paneles, ya que su rendimiento teórico alcanza límites cercanos al 27–28% en su versión monocristalina. Pero presentan el inconveniente de la escasez de material, lo que encarece mucho la materia prima. Como característica satisfactoria tienen un coeficiente elevado de absorción, lo que hace que con poco material se obtenga una eficacia elevada. Paneles solares de diseleniuro de cobre en indio: tienen unos rendimientos en laboratorio próximos al 17% y en módulos comerciales del 9%. Paneles solares de teluro de cadmio: su rendimiento en laboratorio es del 16% y en módulos comerciales del 8%.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Fig. 1.7 Paneles solares fotovoltaicos. Fuente: ATERSA

1.2 Placa

Paneles solares híbridos: combinación entre panel solar fotovoltaico y panel solar térmico. Se trata de refrigerar las células fotovoltaicas por medio de agua, que a su vez, por medio de un acumulador, podemos utilizar como agua caliente sanitaria.

de características

volver

Todo panel solar fotovoltaico tiene una placa donde están comprendidas sus características, éstas pueden ser: • Físicas. • Eléctricas.

Para el estudio de las características de los módulos solares fotovoltaicos hemos elegido el módulo solar A-135P de la marca Atersa, que está compuesto por 36 células policristalinas. A continuación vamos a estudiar sus características físicas, así como sus parámetros eléctricos.

Fig. 1.8 Panel solar. Fuente: ATERSA

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

1.2.1 Características

físicas

Cubierta exterior tiene una función protectora, ya que padece la acción de los agentes atmosféricos. Se utiliza un vidrio templado que presenta una buena protección contra los impactos, respetando una excelente transmisión a la radiación del espectro solar, su espesor es de unos 4 mm. Las pruebas a las que ha sido sometido el módulo son: • 200 ciclos de frío–calor de -40 a +85ºC. • Resistencia al granizo consistente en una bola de 25,4 mm de diámetro a una velocidad de 82 km/h, 11 veces sobre la placa solar.

Encapsulante, encargado de la protección de las células solares y de las conexiones. El material que normalmente se utiliza es el EVA (Etil-vinilo-acetileno), que proporciona una excelente transmisión de la radiación solar, comportándose muy favorablemente en la degradación por medio de las radiaciones ultravioletas. Parte posterior, está formada por materiales acrílicos del tipo TELDAT o EVA y protegen al panel de la humedad suele ser de color blanco para favorecer el rendimiento del panel solar. Marco soporte, parte donde se sujeta la placa solar, generalmente es de aluminio anodizado o acero inoxidable, suelen tener una toma de tierra para la conexión equipotencial, y taladros para la inserción en la estructura donde se sujetará. Garantía, la que ofrece el fabricante según catálogo es de 25 años sobre la potencia de salida y de 3 años sobre los defectos de fabricación.

cristal de vidrio templado etil-vinilo-acetato (EVA)

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

células de alto rendimiento

marco de aluminio pintado lámina superior etil-vinilo-acetato (EVA)

caja de conexiones IP-54 (con diodos de protección)

Fig. 1.9 Características físicas panel solar fotovoltaico. Fuente: ATERSA

1.2.2 Parámetros

eléctricos

Los parámetros característicos eléctricos según catálogo, que ofrece el panel solar fotovoltaico A-135 P son los siguientes: Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Características eléctricas para radiación de 1.000 W/m2

A-135P

Potencia (W en prueba ± 5%)

135 W

Número de células en serie

36

Eficiencia del módulo

13,88%

Corriente punto de máxima potencia (Imp)

7,58 A

Tensión punto de máxima potencia (Vmp)

17,82 V

Corriente en cortocircuito (Isc)

8,23 A

Tensión en circuito abierto (Voc)

22,38 V

Coeficiente de temperatura de Isc (α)

0,08%/ ºC

Coeficiente de temperatura de Voc (b)

-0,32%/ ºC

Coeficiente de temperatura de P (g)

-0,38%/ ºC

Máxima tensión del sistema

1.000 V

Características físicas Dimensiones (mm)

1.476 x 659 x 35

Peso (aproximado)

12,80 kg

Especificaciones eléctricas medidas en STC.TONC: 47 ± 2ºC Los datos contenidos en esta documentación están sujetos a modificación sin previo aviso

Tabla 1.1 Características del panel solar fotovoltaico. Fuente: ATERSA

El módulo solar está formado por un número de células en serie de 36 células y cada célula tendrá una tensión en circuito abierto de:

Eficiencia del módulo, corresponde al rendimiento máximo que nos proporciona el modulo:

El panel solar fotovoltaico A-135P es un módulo formado por silicio del tipo policristalino, del que se obtienen 135 W cuando el sol nos proporciona una radiación de 1.000 W/m2 como observamos en las de características eléctricas del panel solar, puede variar en un ±5%. En la figura siguiente se observa la curva característica del módulo solar y describe el punto de máxima potencia o Wp (vatio pico) que corresponde al producto:

CURVA I-V (a 25ºC y 1 kW/m2) 9,00

Wp

8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 Intensidad

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Wp = Imp $ Vmp = 7, 58 $ 17, 82 = 135, 07 Wp

2,00 1,00 0,00

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24 Tensión

Fig. 1.10 Curva característica A-135P. Fuente: ATERSA Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Se define como corriente máxima, cuando el módulo fotovoltaico está en cortocircuito y tiene un valor máximo de: Nota ISC = 8,23 A En las características de otros fabricantes la ISC equivale a ICC o Imáx.

La tensión máxima que nos proporciona el módulo fotovoltaico es cuando está en circuito abierto y tiene valor máximo de: Nota

VOC = 22,38 V

En las características de otros fabricantes la VOC equivale a Vmáx.

También tenemos un concepto teórico que es el Factor de Forma (FF), es útil para medir la forma de la curva definida por las variables I y V. FF =

Imp $ Vmp ISC $ VOC

=

7, 58 $ 17, 82 135, 07 = = 0, 73 8, 23 $ 22, 38 184, 180

Se observa que el valor de FF está entre el 0,7 y el 0,8, es un valor aceptable. El FF es un parámetro de gran utilidad práctica, ya que nos ofrece la evaluación de las placas en el caso de comparación entre varias placas solares fotovoltaicas. Todas las medidas de los coeficientes de temperaturas se realizan en condiciones estándar de medida en laboratorio esto es la TONC. La TONC es la Temperatura de Operación Nominal de la célula considerando las STC (Condiciones estándar de prueba) siguientes: • Irradiancia: 800 W/m2 • Distribución espectral de AM = 1,5 (Air Mass) o masa de aire • Coeficiente de temperatura de Isc: 8,23 V (0,08 %/ °C) • Coeficiente de temperatura de Voc: 22,38 A (-0,32 %/ °C) • Coeficiente de temperatura de P: 135 W (-0,38 %/ °C)

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

• Temperatura: 20ºC • Velocidad del viento: 1 m/s

Debemos tener en cuenta sobre la TONC y las STC, que tanto una como la otra son mediciones medias de temperaturas ambiente a lo largo de 12 meses. En el caso del panel solar fotovoltaico que estamos referenciando se toma la temperatura media ambiente de 20ºC, ahora bien, en el caso de que la temperatura media ambiente fuese superior a la indicada, el rendimiento del panel disminuiría, en el caso contrario, aumentaría. A raíz de este comentario, podemos afirmar que el panel solar fotovoltaico tendrá un mayor rendimiento en temporadas de bajas temperaturas por debajo de 20ºC (aunque tendremos menor radiación solar) y, en cambio, en temporadas con temperaturas altas mayor que 20ºC el rendimiento será inferior (por supuesto, tendremos mayor radiación solar). Esto a simple vista parece una compensación en rendimientos, pero en realidad es la mayor radiación, u horas con más sol, la que hace obtener más energía eléctrica.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

1.3 Sistemas

de agrupamiento y conexión de paneles

volver

Como norma general nunca conectaremos entre sí módulos de distintas características ni de distintos fabricantes. Para el conexionado tenemos tres posibilidades: • Conexionado en paralelo. • Conexionado en serie. • Conexionado mixto (serie-paralelo).

En el conexionado en paralelo se conectan entre sí todos los polos positivos y todos los negativos. En el conexionado en serie la conexión se hace del polo positivo de uno al negativo del siguiente. En el conexionado mixto (serie-paralelo), intervienen ambos conexionados pero teniendo en cuenta que los conjuntos interconectados en serie y en paralelo deben tener las mismas características, es decir, tener el mismo número de módulos y estar conectados de igual forma. +

+

-

-

+

+

-

-

Paralelo

+

-

Serie

+

+

-

-

+

-

Serie Paralelo

+ -

Fig. 1.11 Conexionados de los paneles fotovoltaicos. Fuente: ATERSA

La tensión total en los módulos conectados en paralelo será la misma que la de un módulo: VTM = Vmódulo La intensidad total en módulos conectados en paralelo será la suma de la intensidad de cada módulo:

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

ITM = Imódulo1 + Imódulo2 + ImóduloN La tensión total en módulos conectados en serie será la suma de la tensión de cada módulo: VTS = Vmódulo1 + Vmódulo2 + VmóduloN La intensidad total en módulos conectados en serie será la misma de cada módulo: ITS = Imódulo La tensión total y la intensidad total en módulos conectados en mixto (serie-paralelo) dependerán de los módulos conectados en serie y en paralelo, como norma general será: VTS = número de paneles en serie · V ITP = número de paneles en paralelo · Imódulo

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

ejemplo

1.1

es

S

olar

Tenemos que conectar 4 módulos solares fotovoltaicos cuyas características son las siguientes: •

Potencia: 75 Wp.

•

Tensión: 12 V.

•

Intensidad: 4,4 A.

1º Efectuar el conexionado para obtener la máxima tensión. 2º Efectuar el conexionado para obtener la máxima intensidad. 3º Efectuar el conexionado para extraer una tensión de 24 V y la máxima intensidad posible. 1º Por lo expuesto anteriormente para obtener la máxima tensión se realizará en serie: VTS = Vmódulo1 + Vmódulo2 + Vmódulo3 + Vmódulo4 VTS = 12 + 12 + 12 + 12 = 48 V Siendo la intensidad total de los módulos conectados en serie: ITS = Imódulo → ITS = 4,4 A 12 V 4,4 A

12 V 4,4 A

12 V 4,4 A

12 V 4,4 A

+

+

+

+

-

-

-

-

-

48 V 4,4 A

+

2º Para aprovechar la máxima intensidad el conexionado será en paralelo, aplicando la fórmula anteriormente descrita tenemos: ITM = Imódulo1 + Imódulo2 + Imódulo3 + Imódulo4 ITM = 4,4 + 4,4 + 4,4 + 4,4 = 17,6 A Siendo la tensión total de los módulos conectados en paralelo la de uno de ellos. Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

VTM = Vmódulo

VTM = 12 V 12 V 4,4 A

12 V 4,4 A

12 V 4,4 A

12 V 4,4 A

+

+

+

+

-

-

-

-

12 V 17,6 A

3º El conexionado vendrá dado por la instalación de los módulos solares en mixto (serie-paralelo), siendo la tensión de los módulos conectados en serie: VTS = números de paneles en serie · V VTS = 2 · 12 = 24 V Siendo la intensidad total de los módulos conectados en paralelo:

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

ITP = números de paneles en paralelo · Imódulo ITP = 2 · 4,4 = 8,8 A 12 V 4,4 A

12 V 4,4 A

+ -

12 V 4,4 A

-

12 V 4,4 A

+

24 V 8,8 A + -

-

1.3.1 Problema

+

del punto caliente

Se dice que hay un punto caliente en un panel solar fotovoltaico cuando una de sus células (o paneles o conjunto de ellas) está averiada o bajo sombra. En estas condiciones, los reajustes de tensiones que se originan pueden dar una corriente superior a la fotocorriente de la célula averiada, invirtiendo su funcionamiento, o sea, de elemento generador a consumidor. Esta corriente puede originar el calentamiento de la célula, pudiendo llegar a deteriorarla e incluso a inutilizar el panel o conjuntos de éstos. Para evitarlo, se conectarán diodos de bloqueo o by-pass en paralelo con grupos de células conectadas en serie, éstos permiten el paso de corriente de otros grupos en una misma dirección e impidiendo el paso en sentido contrario. Estos dispositivos son siempre necesarios si la tensión de funcionamiento es superior a 24 V. Negativo

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

-

+

-

+

Positivo

Fig. 1.12 Conexión de diodo de bloqueo (by-pass) en módulos fotovoltaicos

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

1.4 Tipos

de acumuladores

volver

Dentro de un sistema solar fotovoltaico el acumulador eléctrico o batería es la encargada de almacenar la energía eléctrica que produce la placa solar fotovoltaica una vez que la radiación solar haya incidido en dicha placa solar. El término de acumulador o batería tiene el mismo significado, en cambio, entendemos como pila a un sistema que produce energía eléctrica sin poderse recargar, normalmente se denominan pilas secas debido a su composición. Los acumuladores o baterías en razón de uso, pueden ser: • Estacionarios, que están destinados a permanecer fijos en un determinado lugar y tienen corrientes permanentes, y no están obligados a producir corrientes elevadas en periodos cortos de tiempo. • De arranque, tipo baterías de automóvil, que estarán previstas para suministrar una cantidad elevada de energía eléctrica en un espacio breve de tiempo (segundos).

La diferencias físicas está en el tamaño de sus placas, mientras que en los acumuladores de arranque las placas son más gruesas, en los estacionarios son más finas; la vida útil es mayor en un acumulador o batería estacionaria. Para nuestro estudio los acumuladores que interesan son los estacionarios. Tipo de acumuladores o batería según su composición: • Batería de plomo-ácido. • Batería de plomo-antimonio. • Batería de plomo-calcio. • Batería de ciclo profundo gelatinosa. • Batería de níquel-cadmio. • Batería de níquel-hidruro metálico. • Baterías herméticas.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.



• Baterías monoblock.

1.4.1 Batería

de plomo-ácido

Tipo de batería más utilizado debido a su bajo coste. Está formada por dos electrodos de plomo (Pb) y ácido sulfúrico (SO4 H2) como electrolito, todo ello en una solución de agua destilada. Cuando la batería está cargada el electrodo positivo tiene un depósito de dióxido de plomo (PbO2) y el electrodo negativo es plomo. Al descargarse la reacción química, tanto la placa positiva como la negativa, tienen un depósito de sulfato de plomo (PbSO4), produciéndose la siguiente transformación en el interior del acumulador: Descarga PbO2 + Pb + 2SO4H2

2SO4Pb + 2H2O Carga

Se puede afirmar que el acumulador es un verdadero transformador de energía, ya que transforma la energía química en energía eléctrica y viceversa: Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Electrolito

Placa positiva

Placa negativa

Resultado

1º

Máximo ácido sulfúrico Mínimo agua

Plomo esponjoso

Dióxido de plomo

Batería cargada

2º

Decrece el ácido Aumenta el agua

Decrece el plomo aumenta el sulfato de plomo

Crece el dióxido de plomo aumenta el sulfato de plomo

Batería descargándose

3º

Mínimo ácido Máximo agua

Mínimo plomo Máximo sulfato de plomo

Mínimo de dióxido de plomo máximo sulfato de plomo

Batería descargada

4º

Aumenta el ácido decrece el agua

Aumentando el plomo decreciendo el sulfato

Aumentando dióxido decreciendo el sulfato

Batería cargándose

5º

Máximo ácido sulfúrico Mínimo agua

Plomo esponjoso

Dióxido de plomo

Batería cargada

Tabla 1.2 Secuencia de carga y descarga en acumuladores o baterías

Ánodo

Tapón de ventilación

Ánodo

Cátodo

Tapón de ventilación

Cátodo

Nivel del Electrolito Dióxido de Pb

Pb

Sulfato de Pb

Alta densidad BATERÍA

CARGADA

Sulfato de Pb Baja Densidad BATERÍA

DESCARGADA

Fig. 1.13 Estados de un acumulador-batería

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

1.4.2 Batería

de plomo-antimonio (Pb-Sb)

Batería de placas tubulares, es la más utilizada en instalaciones medias o grandes, admite descargas moderadamente altas, aunque, como todos los acumuladores, su vida depende de la profundidad de sus descargas. Para una vida de 10 a 15 años lo ideal es mantener una profundidad de descarga del 30%, también es posible llegar a una profundidad de descarga mayor del 80%, pero no es recomendable ya que acortaría su duración. Están formadas con celdas de polipropileno translúcido de 2 V, uniéndose en elementos en serie hasta llegar a 12 ó 24 V, la conexión queda bien fijada gracias al atornillado entre las celdas.

1.4.3 Batería

de plomo-calcio (Pb-Ca)

La batería más apropiada para instalaciones pequeñas, no necesitan mantenimiento y tienen una autodescarga baja, aunque no aguanta descargas superiores al 40%, siendo la capacidad utilizable la mitad. Su forma es como las baterías de automóviles, tienen una estructura del tipo monoblocks, se pueden transportar fácilmente, su precio es aceptable y, por tanto, son bastante utilizadas en pequeñas instalaciones.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

1.4.4 Batería

de ciclo profundo gelatinosa

Es una batería o acumulador del tipo Pb-ácido, donde el electrolito no es líquido, es gelatinoso. Su coste es alrededor de tres veces mayor que las del electrolito líquido. Tiene características técnicas que la hacen muy útil en aplicaciones especializadas. Como ventaja con respecto a las de plomo-ácido es que no requieren ventilación exterior durante el proceso de carga, siendo toda ella de tipo hermético, disminuyendo el riesgo en su manejo y es una solución ideal para instalaciones marinas (boyas, embarcaciones). Tampoco necesitan mantenimiento (agregado de agua) y por tanto se pueden utilizar en instalaciones con poca o nula supervisión como: señalización en carreteras, iluminación de carteles, repetidores. Pueden obtenerse versiones de 6 y 12 V siendo su autodescarga semanal entre 1,1% a temperatura de 25ºC y 3% a temperatura de 40ºC.

1.4.5 Batería

de níquel-cadmio (Ni-Cd)

Está compuesta por un proceso electroquímico, basado en que la placa positiva, está formada por hidróxido de níquel, y la negativa por hidróxido de cadmio. Estas placas se encuentran bañadas en un electrolito, donde hay una disolución acuosa de hidróxido potásico con otros elementos. Como las baterías de plomo-ácido, éstas también se dividen por elementos de 1,2 V; por tanto para formar una batería de 12 V necesitamos 10 elementos puestos en serie. Durante la descarga de la batería, el oxígeno pasa de la placa positiva a la negativa, dando lugar al óxido de cadmio. Es durante la carga cuando el oxígeno vuelve a pasar de la placa negativa a la positiva. Al contrario de las baterías de plomo ácido, el electrolito solo actúa de conductor, no siendo peligroso por no producir sulfatación.

1.4.5.1 Propiedades

de los acumuladores de níquel- cadmio

Los acumuladores de níquel-cadmio tienen las propiedades siguientes: • Soportan descargas más elevadas que las demás baterías. • Ahorro considerable de capacidad de baterías. • La tensión por elemento se mantiene más estable.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

• Su vida es más larga. • Pueden resistir temperaturas más bajas. • Soportan cortocircuitos fortuitos sin deteriorarse. • Soportan la falta de agua, funcionando de nuevo cuando se añade.

Su inconveniente principal es el precio, que puede llegar a superar tres veces el equivalente en plomo-ácido.

1.4.6 Batería

de níquel-hidruro metálico (Ni-MH)

Tiene un electrodo de níquel (Ni), el otro electrodo es de una aleación de hidruro, es menos contaminante que el cadmio (Cd). Tiene el inconveniente de una autodescarga mayor que las de níquel-cadmio, su uso en instalaciones solares fotovoltaicas es muy limitado.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

1.4.7 Baterías

herméticas

Cuando los consumos son bajos, o los tiempos de duración entre carga y descarga son pequeños, se pueden utilizar baterías herméticas para un sistema solar fotovoltaico. Estas baterías pueden ser de plomo-ácido o de níquel-cadmio y tienen las siguientes ventajas respecto a las anteriores: • No existe peligro de pérdida del electrolito. • Mantenimiento nulo. • Funcionan en cualquier posición. • No emiten gases. • Trabajan en un rango de temperatura mayor. • Resiste mejor los choques fortuitos.

Fig. 1.14 Tipos de acumuladores

Como desventaja presentan una vida discreta, unos 1.700 ciclos a 30% de descarga. En el mercado se pueden encontrar en diversos formatos 2, 4, 6, 12 V, según sea monoblocks o de plomo, las capacidades oscilan desde 0,5 a 300 Ah.

1.4.8 Baterías Monoblocks Las baterías tipo monoblock se utilizan en pequeñas instalaciones fotovoltaicas donde la relación calidad precio tiene que ser equilibrada. Sus placas están reforzadas con rejilla y aislamiento especial, son de una aleación plomo-antimonio que tiene una pérdida de agua es muy reducida, tiene hasta una capacidad de 250 Ah y se pueden agrupar fácilmente.

1.5 Reguladores

volver

La misión fundamental de un regulador es evitar las sobrecargas y descargas excesivas en los acumuladores, que producirían daños irreversibles, también asegura que el sistema trabaja con máxima eficacia. La tensión que nos proporcionan los módulos solares fotovoltaicos ha de ser siempre mayor que la tensión nominal de las baterías, debido a que: Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

• Con mayor temperatura, la tensión decrece. • La tensión en la batería debe ser mayor para que ésta pueda ser cargada correctamente.

Para poder regular la carga y descarga de las baterías es necesaria la utilización de un regulador, éste, gracias a la simplicidad del equipo, reduce sustancialmente el mantenimiento y hace que las averías en el sistema fotovoltaico sean muy escasas.

1.5.1 Tipos

de reguladores

Esencialmente existen dos tipos de reguladores: • Regulador shunt o paralelo. • Regulador serie.

Aunque la misión de los dos es la misma, se diferencian en la forma de trabajo, en el funcionamiento y, por supuesto, en el precio. A grandes rasgos diremos que el regulador shunt se utiliza para Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

instalaciones pequeñas, y el regulador serie para instalaciones donde se aplican intensidades más elevadas. Paneles fotovoltaicos

Paneles fotovoltaicos

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+ Regulador controlador

Regulador controlador Acumulador

Acumulador

Carga

Carga

Fig. 1.15 Reguladores paralelo y serie

1.5.2 Descripción Todos los reguladores suelen disponer de: amperímetro, voltímetro, alarma de tensión por baja, sensor de temperatura que regula automáticamente el valor máximo de la tensión de carga, también tienen un diodo de bloqueo que facilita el paso de la corriente en el sentido panel a batería, este diodo impide por las noches, cuando la generación no es favorable y la tensión de la batería es mayor que la del panel, que la corriente de la batería vaya al panel, produciendo su descarga. Este diodo puede suponer una caída de tensión al panel de 0,5 a 1 V, por esta razón es conveniente diseñar los paneles de forma que produzcan mayor tensión. Los reguladores de serie no necesitan diodo de bloqueo, ya que el circuito queda interrumpido cuando las condiciones son desfavorables.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Otra característica de los reguladores es que controlan el nivel de carga de las baterías, tanto en el nivel bajo (denominado de seguridad) como en el alto (máxima carga de la batería), protegiendo, por tanto, dicho elemento. En el nivel bajo suelen emitir un sonido para anunciar tal contingencia además de iluminarse un “led”, normalmente de color rojo. En el nivel alto (máxima carga), depende del fabricante, pero por lo general cuando la carga de la batería alcanza entre el 80 y 90% de su carga máxima se producen micro-cortes en el proceso de carga, a fin de evitar el sobrecalentamiento de la batería y producir una carga real completa y no dañar a la misma. En los micro-cortes la energía se disipa mediante iones que envía al ambiente, por ello es aconsejable que el lugar donde se instalen las baterías esté bien ventilado.

1.5.3 Regulador

shunt

(paralelo)

Este regulador está basado en la disipación por calor de la energía sobrante, es decir, una vez que la batería está cargada si el panel fotovoltaico sigue dando energía eléctrica ésta no puede guardarse y por medio de un circuito de control hace que se disipe, gracias a un sistema dotado de diodo Zener y disipador de calor.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

También puede darse el caso que sea de noche, por tanto el panel fotovoltaico ya no produce energía eléctrica, pero la batería está cargada, y para que no ceda electricidad al panel fotovoltaico, dispone de un diodo de bloqueo, que ofrece una resistencia considerable al paso contrario de la corriente (corriente inversa). Estos reguladores resultan razonables en sistemas solares pequeños, pero con los grandes sistemas se requieren disipadores térmicos de grandes proporciones, produciendo unos costes muy elevados, una pérdida de energía considerable y problemas de fiabilidad.

1.5.4 Regulador

serie

En este aparato la regulación se efectúa por medio de un sistema de desconexión automática de los módulos fotovoltaicos, en definitiva, este equipo es equivalente a un desconectador automático de batería, formado por un interruptor, que proporciona muy baja resistencia cuando la batería está cargando, y un circuito abierto cuando la batería está plenamente cargada. La ventaja principal de este sistema es que el regulador no disipa nada de energía, por tanto, la única potencia que se consume es la de mando y control. Normalmente una sola unidad es capaz de funcionar en cualquier sistema de trabajo con tensiones de 12, 24, 48 V. Esto se consigue gracias a un sistema de regulación interna, que hace que el relé tenga la apertura del sistema mediante el nivel de tensión indicado. Los equipos que constan en este sistema son: • Un relé mecánico. • Circuitos de detección. • Circuitos para proteger los contactos del relé (diodo varistor). Circuito protector del contacto

Carga

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Circuito de control

Batería Módulo fotovoltaico

Fig. 1.16 Descripción de un regulador serie

1.5.5 Funcionamiento Cuando la tensión en los bornes de la batería alcanza, durante la carga, el nivel establecido, los circuitos que controlan el relé abren el interruptor, por tanto, dejan la batería desconectada del módulo fotovoltaico. Una vez que la batería también se descarga hasta un nivel establecido, el relé cierra el contacto o interruptor procediéndose a continuación a cargarse de nuevo la batería. Por supuesto que el relé está sincronizado con la tensión aportada del panel fotovoltaico, por tanto, se supone que si el panel no capta suficiente energía eléctrica, el relé deberá mantener los contactos abiertos. Esta condición lógicamente se dará por la noche. Otra parte positiva es la eliminación del diodo de bloqueo.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

La gran ventaja de los reguladores serie reside en que se centran en grandes sistemas, donde un regulador paralelo debería utilizar disipadores muy grandes que obligarían a instalar sistemas de refrigeración. Como desventaja, se observa que, una vez la batería está cargada, la energía eléctrica que produce el panel se pierde, por tanto sigue siendo una carencia, que si bien se puede limitar introduciendo más baterías, no es rentable por el mantenimiento y el aumento de los costes.

1.5.6 Otros

tipos de reguladores

El auge de las instalaciones solares fotovoltaicas ha dado lugar a la aparición de nuevos sistemas de regulación capaces de una gestión más perfecta y adecuada a la carga. Éstos han perfeccionado los reguladores y, aunque se basan en los dos anteriormente descritos, es importante señalarlos, ya que introducen una serie de mejoras que los reguladores paralelo y serie no tenían y son: • Reguladores de doble circuito. • Reguladores con dos niveles de carga. • Reguladores multietapa. • Relé de estado sólido.

Reguladores de doble circuito, tienen la capacidad de desviar la energía eléctrica a otros circuitos auxiliares creados para tal fin. De esta forma, la energía no se pierde. El caso más visible podría ser un sistema que alimentase a una bomba de agua cuando la batería estuviese cargada, ya que no podemos almacenar energía eléctrica, sí que podemos almacenar agua. Reguladores con dos niveles de carga, tienen por objeto proporcionar cargas profundas con tensiones diferentes estableciendo niveles de carga del 100%, aparte también mantienen la batería en flotación. Los reguladores con dos niveles de carga incorporan en su diseño microprocesadores que gestionan las cargas y descargas de la batería de una manera inteligente. También pueden incorporar otras funciones como, contadores de amperios hora, alarmas, datos, etc. Reguladores multietapa, se utilizan en grandes instalaciones y son los encargados de cargar las baterías de módulos por etapas. Normalmente este sistema se compone de 6 ó 8 bloques de módulos que, por medio de este regulador, carga las baterías y suelen tener una gran capacidad.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Relé de estado sólido, se basan en la tecnología del semiconductor de potencia llamado MOSFET (transistor de efecto de campo). Este relé de estado sólido soporta potencias considerables y elimina la chispa de ruptura, que era el principal problema en los reguladores serie. Por tanto, son muy apropiados para usarlos en ambientes donde no se pueda usar relés electromecánicos.

1.5.7 Módulos

fotovoltaicos con regulador

Últimamente están apareciendo en el mercado módulos fotovoltaicos con regulador incorporado. Esto aporta ventajas, puesto que no tenemos que preocuparnos de su mantenimiento y reducimos los componentes de la instalación. Existen determinados casos donde el panel autorregulado no es idóneo, como las grandes instalaciones y los lugares donde las temperaturas pueden ser elevadas. En cambio en instalaciones pequeñas e instalaciones remotas, donde el mantenimiento es costoso, puede ser una opción muy aceptable.

1.5.8 Características

de tensión y corriente del regulador

El cálculo del regulador a utilizar en un sistema solar fotovoltaico dependerá del número de módulos solares y del tamaño de las baterías, normalmente los fabricantes nos proporcionan Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

unos datos y unas prestaciones, partiendo de ellas deberemos calcular el regulador o reguladores necesarios para que la instalación tenga el resultado esperado. El relé que interrumpe o permite el paso de corriente de los módulos a la batería deberá de soportar la siguiente intensidad: Iregulador = Nº módulos paralelos · Intensidad módulo En caso de ser necesario, se pueden dividir los módulos fotovoltaicos en dos conjuntos en paralelo, colocando dos reguladores de intensidad inferior, de este modo también aminoraremos costes, ya que el coste de un regulador va en función de la intensidad con la que trabajemos. +

+

-

-

Cargas cc Fusibles A

V

+ - + -+ -

12 V Batería

Fig. 1.17 Conexionado de un regulador

Es importante que se tenga en cuenta, en el momento de conexionar, que un regulador es un aparato electrónico y, por tanto, muy sensible, que no soporta el clásico chisporroteo que se produce cuando le conectamos una carga, por lo que es elemental seguir para su conexionado la secuencia siguiente: 1º Conectar al regulador los cables de todas sus salidas debidamente señalizados por aparato y polaridad (cables de batería, polaridad + y - , cable de paneles, etc.). 2º Se conectarán los cables a la batería. 3º Se conectarán los cables al panel/es fotovoltaico/s. 4º Se conectarán los cables a la carga. Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Módulo fotovoltaico

Regulador + -

+ + Batería

-

cc ca

Consumo cc

Inversor Consumo ca

Fig. 1.18 Esquema básico de conexión del regulador Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

ejemplo

1.2

S

es

olar

Tenemos 4 módulos solares fotovoltaicos conectados en paralelo, las características de los módulos son las siguientes: potencia 60 Wp; tensión 12 V; intensidad 3,55 A. Calcular qué intensidad tendrá que soportar el regulador de la instalación. Según la fórmula anteriormente descrita: Iregulador = Nº módulos paralelos · Intensidad módulo Iregulador = 4 · 3,55 = 14,2 A El regulador necesario deberá soportar una intensidad de 14,2 A y regulará una tensión de 12 V. Lógicamente siempre se instalará un aparato que soporte una intensidad más elevada, por ejemplo en este caso uno de 15 A hasta 20 A, esto es necesario por seguridad de trabajo del mismo.

1.6 Convertidores

volver

Como su nombre indica los convertidores o inversores son dispositivos capaces de transformar la corriente eléctrica de manera que resulte más apta para sus usos específicos. Los tipos más usuales en el mercado son: • Corriente continua-corriente continua (cc-cc). • Corriente continua-corriente alterna (cc-ca).

1.6.1 Convertidor

de cc-cc

La conexión directa de un generador fotovoltaico a una carga conduce a relacionar las características de intensidad y de tensión de ambos, aquí podemos hablar de pérdidas debidas a las fluctuaciones que pueden tener la potencia máxima del generador, llamándolas pérdidas de utilización.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Para evitar estas pérdidas se recurre al uso de convertidores cc-cc, la eficacia de éstos es mayor del 90% y casi constante para cualquier entrada, los convertidores de continua son utilizados en aquellos casos en que la tensión en los bornes de la batería no coincide con la requerida por los aparatos de consumo. Su uso presenta el beneficio de conseguir que la tensión de salida sea más estable, lo que redunda en un mejor funcionamiento de los aparatos. El funcionamiento a grandes rasgos es el siguiente: • Convertir la corriente continua en corriente alterna por medio de un dispositivo electrónico inversor. • Aumentarla o disminuirla, según sea necesario, y transformarla de nuevo en corriente continua, pero ya con el voltaje adecuado. • Estos procesos conllevan también pérdidas que deben tenerse en cuenta.

Para ser más exactos, un convertidor de cc-cc transforma la corriente continua que viene de las baterías en corriente alterna por medio de un inversor, que está formado por un circuito basado en condensadores y semiconductores, que por medio de oscilaciones hace cambiar, a base de dar pulsos, la corriente continua a corriente alterna con onda cuadrada. Seguidamente pasa a un transformador que puede reducir o ampliar el voltaje, también es importante señalar que gracias al transformador tenemos la ventaja de tener un aislamiento galvánico. También existe en el mercado un aparato que hace las funciones de convertidor, el estabilizador de tensión, cuyo problema es que consume bastante corriente, por ello su uso no es muy recomendado.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Circuito inversor

Trafos reductor

Circuito rectificador ca

cc

24 V cc

24 V cc cc

ca

Fig. 1.19 Convertidor-Inversor reductor de tensión

Existen aplicaciones que precisan alimentar varios circuitos a diferentes tensiones, para tal caso, el uso de un convertidor continua-continua, tal como está representado en la figura, se hace imprescindible, ya que no es una buena solución tomar tensiones parciales de las baterías porque tendríamos una descarga que no sería equilibrada, repercutiendo en la vida de las baterías. Regulador +

24 V

Baterías

Módulo fotovoltaico cc 12 V cc Convertidor

Fig. 1.20 Utilización del convertidor cc - cc para segregar tensión

1.6.2 Convertidor

de cc-ca

En otras aplicaciones la utilización incluye elementos que trabajan en corriente alterna. Puesto que los paneles, como las baterías, trabajan en corriente continua y es necesaria la presencia de un inversor que transforme la corriente continua en alterna.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Las funciones principales del circuito de mando son: • Mantener la tensión de salida dentro de los márgenes establecidos. • Limitar la intensidad de salida en caso de sobrecarga a un valor seguro para el propio convertidor. • Mantener la frecuencia de salida. • Sincronizar el convertidor a red con otros convertidores, en caso de convertidores en paralelo.

La principal característica viene dada por la tensión de entrada, que se debe adaptar a la del generador, la potencia máxima que puede proporcionar y la eficiencia. En instalaciones fotovoltaicas se utilizan más estos últimos, también llamados inversores, que transforman la corriente continua, proveniente de los paneles, de 12, 24 ó 48 V en corriente alterna de 125 ó 220 V usada por los aparatos eléctricos habituales. También debemos tener en cuenta una inevitable pérdida de energía y por tanto una disminución en el rendimiento de la instalación.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Un convertidor cc-ca está formado entre otras cosas por transistores y tiristores que son capaces de cortar muchas veces por segundo (50 ciclos por segundo) la corriente continua, produciendo una serie de impulsos y simulando la característica fundamental que tiene la corriente alterna. Existen convertidores de onda cuadrada y de onda senoidal, estos últimos son más caros y para muchas aplicaciones son innecesarios, ya que una onda cuadrada bastará para iluminación, motores pequeños, etc.

1.6.3 Cualidades

de un convertidor

Es necesario exigir unas determinadas cualidades al convertidor para que pueda ser utilizado en instalaciones fotovoltaicas: • Estabilidad de voltaje. • Eficiencia razonable. • Baja distorsión de armónicos. • Capacidad de resistir potencias puntas. • Buen comportamiento frente a la variación de temperatura. • Posibilidad de ser combinado en paralelo. • Arranque automático. • Señalización adecuada. • Seguridad. Inversor

cc

Trafos amplificador

Oscilador onda cuadrada

Filtro L c

c

V ca

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Fig. 1.21 Convertidor cc - ca para segregar tensión

Para muchas aplicaciones en energía solar es suficiente utilizar convertidores de onda cuadrada, pues las cargas no son especialmente sofisticadas (luces incandescentes, pequeños motores), éstos presentan habitualmente un rendimiento más elevado, ya que al no existir filtro las pérdidas son más pequeñas. Como nota importante, no debemos olvidar los rendimientos de éstos y que, según la carga que tenga el convertidor, su rendimiento puede variar. Por ejemplo, si tenemos un convertidor de 1.500 W que tenga un rendimiento del 92%, quiere decir que para sacar 1.500 W absorberemos de la batería: 1.500 1.500 1.500 = = = 1.630 W 92% 0, 92 rendimiento Observamos que el aprovechamiento de un convertidor dependerá de las potencias a utilizar, en definitiva de la carga a alimentar. La gama de convertidores es bastante elevada, la decisión de utilizar convertidores de ondas senoidal o de onda cuadrada dependerá de la carga.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

En un futuro, el usuario podrá adquirir los electrodomésticos necesarios que funcionen a corriente continua (12 ó 24 V). Si el usuario desea aprovechar los aparatos que ya posee, deberá utilizar un convertidor de corriente alterna. Para estos casos es importante disponer de dos líneas de reparto para el consumo independiente, lo normal es que una sea continua y salga directamente de la batería, mientras la otra línea dependa del convertidor de cc-ca. En definitiva, el uso del convertidor es una cuestión fundamentalmente económica y, por supuesto, no se utiliza un mismo convertidor para diferentes aplicaciones, ya que por su elevado precio no es recomendable en instalaciones pequeñas. Llegamos a la conclusión de que el tamaño y el coste de un sistema fotovoltaico dependen de las necesidades energéticas de la carga que abastece. La demanda-pico y los requerimientos de energía deben estimarse con la mayor precisión posible para evitar un sobredimensionamiento que aumente el coste de forma innecesaria.

Cuestiones 1. Responder V de verdadero o F de falso, según corresponda a cada una de las siguientes afirmaciones:

V

F

1. Una instalación solar fotovoltaica es aquella que transforma una radiación solar en electricidad 2. Una instalación solar fotovoltaica está compuesta por un número variable de células 3. Como sabemos las placas solares están formadas por silicio, que es un mineral muy abundante en la naturaleza

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

4. Los paneles solares con células amorfas son los que tienen el rendimiento más elevado 5. Sabiendo la TONC de una placa solar fotovoltaica podemos averiguar su rendimiento 6. En la conexión de los módulos fotovoltaicos en serie aumentamos la intensidad de la instalación 7. En la conexión en paralelo de los módulos fotovoltaicos aumentamos la tensión de la instalación 8. El problema del punto caliente es debido a que unas células solares del módulo se calientan más que otras 9. El factor de forma de un panel solar fotovoltaico para que sea aceptable ha de estar entre 0,7 y 0,8 10. Las baterías o acumuladores en razón de su uso se dividen en estacionarios o de arranque

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

V

F

11. Las baterías más idóneas para las instalaciones solares fotovoltaicas son las de plomo-ácido 12. Los tipo de reguladores que actualmente se utilizan son los de tipo shunt o paralelo y los de tipo serie 13. Los convertidores pueden ser del tipo cc-cc y del tipo cc-ca 14. La cualidad más importante de un convertidor es su rendimiento 15. Es mejor utilizar cc-ca con onda sinusoidal que con onda cuadrada

volver

Ejercicios

propuestos

Ejercicio 1.1 Si tenemos una placa solar fotovoltaica compuesta de 36 células, cuando el Sol incide sobre ella, nos proporciona 23,4 V en circuito abierto. Calcular la tensión que tendrá una célula solar de dicho panel en circuito abierto. Ejercicio 1.2 ¿Cuál será la potencia máxima que nos proporciona un módulo solar fotovoltaico, que tiene una eficiencia de un 18% cuando la potencia de radiación es de 1.000 W/m2 y las dimensiones del módulo son 1.500 x 700 x 40 mm? Ejercicio 1.3 Para una determinada instalación y una vez efectuado los respectivos cálculos tenemos que instalar 10 módulos solares fotovoltaicos, si la tensión utilizada es 24 V, cómo será el conexionado de los módulos solares. Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Datos: Módulo solar de 100 Wp con 12 V de tensión y 5 A de intensidad. Averiguar la potencia de la instalación, efectuar esquema de la misma. Ejercicio 1.4 Tenemos 8 módulos solares fotovoltaicos conectados en paralelo 4 + 4, las características de éstos son 100 Wp, intensidad 5 A con una tensión de utilización de 12 V. Averiguar la intensidad que tendrán que soportar los reguladores a utilizar y su configuración esquemática. Ejercicio 1.5 Tenemos un convertidor de 2.000 W que tiene un rendimiento de 90%, averiguar qué potencia tiene que absorber de la batería o acumulador.

volver Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

2

Configuración

de las instalaciones de energía solar fotovoltaica

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Contenidos

2.1

Niveles

2.2

Orientación

2.3

Determinación

2.4

Cálculo

de paneles

2.5

Cálculo

de baterías

2.6

Caídas

2.7

Esquemas

de radiación.

Unidades

de medida

e inclinación

de sombras

de tensión y sección de conductores

y simbología

ir

Cuestionario

ir

Ejercicios

propuestos

Índice

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Una instalación solar fotovoltaica está configurada por: generador solar fotovoltaico, regulador, grupo de baterías, convertidor de cc-cc o de cc-ca. Sol

Convertidor cc/ca cc

Consumos en ca ca

Regulador Convertidor cc/cc cc

Paneles solares

Consumos en cc cc

Batería

Fig. 2.1 Configuración general de una instalación solar fotovoltaica

Esta configuración podrá variar dependiendo el uso o utilización de la instalación en viviendas, la instalación solar fotovoltaica podrá ser centralizada o descentralizada.

Sol

Convertidor cc/ca cc

Regulador

ca Paneles solares Batería

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Fig. 2.2 Instalación solar fotovoltaica centralizada

Una configuración de una instalación solar fotovoltaica centralizada está formada por un campo solar fotovoltaico con sus correspondientes reguladores, baterías y convertidores adecuados a la demanda de las viviendas.

Convertidor cc/ca

Sol

cc Regulador

ca cc cc

Paneles solares

Consumos en ca Consumos en cc

Convertidor cc/cc Batería

Fig. 2.3 Instalación solar fotovoltaica descentralizada

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Una configuración de una instalación solar fotovoltaica descentralizada está formada por un equipo de generación solar independiente para cada vivienda, adecuada a su demanda. Otras configuraciones existentes son: • Campos solares fotovoltaicos para conexión a red eléctrica. • Pequeñas instalaciones solares fotovoltaicas. +

-

24 V

24 V

+

convertidor

protecciones

centro de transformación

CGP Caja General de Protección

interruptor protección general diferencial R

convertidor

protecciones

kWh

contador de salida contador de entrada interruptor general

S T

N

embarrado general

ICP Interruptor de control de potencia

kWh

protección diferencial a cuadro de distribución

Fig. 2.4 Campo solar fotovoltaico para conexión a red eléctrica

depósito

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

paneles solares

regulador

24 V

panel solar batería

convertidor

24 V +

230 V

pozo

Fig. 2.5 Configuración de una pequeña instalación solar para extraer agua de un pozo Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

2.1 Niveles

de radiación.

Unidades

de medida

volver

El sol es una fuente constante de energía, con una antigüedad de aproximadamente 6.000 millones de años, se prevé que su vida solar de unos 5.000 millones de años más. El sol es una fuente de vida, que durante este tiempo nos ha surtido de energía solar radiante. La radiación solar no es uniforme en toda la tierra y varía según la región, por ejemplo en Europa la radiación solar oscila bastante entre la zona sur y la zona norte, en la zona norte tenemos una radiación entre 700 y 1.200 kWh/(m2 x año) y en la zona sur entre 1.700 y 1.900 kWh/(m2 x año). En las regiones desérticas, cerca de los trópicos, la irradiación anual puede alcanzar un valor total de 2.300 kWh/(m2 x año).

Radiación extraterrestre (W/m2)

1.420 1.400

enero

1.380 1.360 1.340 1.320 1.300 1.280

diciembre

febrero noviembre

marzo abril

septiembre

mayo junio

agosto julio

Meses del año

Fig. 2.6 Variación de la radiación solar

Como norma se toma una radiación solar llamada Constante Solar, se denomina así a la energía que por unidad de tiempo se recibe fuera de la atmósfera terrestre sobre la unidad de superficie perpendicular a la dirección de los rayos solares en su distancia media. El valor que se admite actualmente es una irradiancia de 1.353 W/m2, que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1.395 W/m2 y un valor mínimo en el afelio de 1.308 W/m2.

Para determinar el valor de radiación emitida existen dos términos que las definen: Irradiancia, potencia incidente en una superficie por unidad de tiempo potencia kW irradiancia = = 2 superficie m Irradiación, energía incidente en una superficie por unidad de tiempo potencia $ hora kW $ h irradiación = = superficie m2

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Unidades

de medida

Hay dos unidades que son importantes para poder averiguar la radiación solar y su incidencia en la placa solar fotovoltaica: • Hora solar pico (HSP), cantidad de horas de sol, con una intensidad de radiación de 1.000 W/m2 que inciden sobre la superficie del módulo solar. En España, este valor está comprendido entre las 2 ó 3 horas en invierno y las 4 ó 5 horas en verano. Su cálculo se puede extraer a partir de tablas de radiación o del anexo 1. • Vatio pico (WP), máxima potencia que puede recibir un panel o módulo fotovoltaico y coincide con una intensidad de radiación constante de 1.000 W/m2 o 100 mW/cm2 a una temperatura de 25ºC.

Por este motivo es obligado saber la conversión entre la radiación recibida y la radiación recogida, para ello vamos hacer una descripción sobre las unidades empleadas y su correspondencia. Para poder relacionar la radiación solar con las HSP y los WP es necesario el apoyo de las leyes físicas, que a continuación se detallan:

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Energía: trabajo, en julios, necesario para hacer circular una carga q (Culombios) de un punto a otro de un circuito eléctrico entre los que existe una diferencia de potencial V (Voltios). energía = q $ V = I $ t $ V Siendo: q=I·t q; carga eléctrica la unidad es el coulomb (C) y es igual 6,24 · 1018 electrones I; intensidad eléctrica en amperios A V; tensión eléctrica en voltios V Según la ley de Ohm tenemos que: V=I·R Despejando la fórmula tenemos: I = V/R R = V/I También tenemos que la potencia eléctrica es igual: P=V·I Sustituyendo con la ley de Ohm: P = I · R · I = I2 · R P = V$

V = V2 /R R

Donde P es la potencia eléctrica en vatios (W). La ley de Joule nos dice que podemos determinar la cantidad de energía calorífica que se desprende de un conductor cuando pasa una corriente eléctrica: Q = P · t = I · R2 · t Donde Q es la energía calorífica que se desprende en un conductor su unidad es el julio o joule, por ser una unidad con poca magnitud se suele emplear el kJ, el kW · h o la kcal: 1 kW · h = 1.000 W · 360 s = 3.600.000 julios

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

1 julio = 0,2239 calorías 1 caloría =

1 = 4, 18 julios 0, 239

El calor desprendido en calorías por un conductor es: Q = 0,239 · R · I2 · t = calorías

Nota El valor 0,239 se redondea a 0,24

Para poder medir la radiación solar que incide en la atmosfera de la tierra existe una unidad llamada Langley. Un langley es el calor que recibe una superficie de 1 cm2: A continuación vamos a relacionar los julios con los Langleys: 1 kJ 2

m

=

1 kJ 2

m

$

m2 4

2

10 cm

=

1 kJ 4

2

10 cm

=

1 kJ cm2

$ 10- 4

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Si tenemos que 1 kJ =103 julios sustituimos y obtendremos: 10- 4 $

1 kJ 2

cm

= 10- 4 $

103 J 2

cm

=

10- 1 J cm2

Si 1 julio = 0,24 calorías tendremos que:

Por tanto y resumiendo: 1 kJ 2

m

=

0, 024 cal cm2

= 0, 024 langleys

Multiplicaremos por 0,024 el valor de 1 kJ/m2 para saber el valor en langleys. ejemplo

2.1

S

es

olar

Averiguar cuántos langleys son 1 kW · h/m2. 1 kW

h 2

m

= 1.000 W

3.600 s 2

m

=

3.600.000 J 2

m

=

3.600 kJ m2

$ 0, 024 = 86, 4 langley

Una de las conversiones más importantes es la que une la radiación recibida con la energía que nos va a generar un módulo solar fotovoltaico. Las condiciones normales de radiación del lugar vienen dadas por estudios de radiación anual efectuado (ver tablas de radiación Anexo 1) o también se pueden obtener en la página web: (http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radmonth.php?lang=es&map=europe) donde se encuentra radiación solar en (Wh/m2) de todo el mundo. Se establecerá una unión entre la energía total recibida y la energía total proporcionada HORA SOLAR PICO, el símil sería poner el módulo fotovoltaico durante esas horas solares pico y retirarlo, esto en realidad no sucede, ya que el módulo está captando todo el día energía solar de una forma variable, sirve para establecer un equivalente bastante fiable para hallar los cálculos de cantidad de módulos a utilizar.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

El proceso es el siguiente: Si 1 julio = 0,24 calorías

1 caloría = 4,186 julios o (W · s)

1 hora = 3.600 s

1 langley = 1 cal/cm²

1h = 0, 00116 W $ h . El Sol nos proporciona una radiación de 3.600 s 1.000 W/m2 o lo que es lo mismo 100 W/cm2. Sabiendo que 1 m2 = 1.0000 cm2, decimos que: Tenemos que: 4, 186 W $ s $

1.000 W m2

=

1.000.000 mW 10.000 cm2

= 100 mW/cm2

Al valor de 100 mWh/cm2 se llama Hora Solar Pico (HSP): también 1.000 mWh = 1 Wh o lo que es lo mismo 10 · (100 mWh) = 1 Wh, por tanto 0, 00116 W $ h

10^100 mWhh = 0, 0116 $ ^100 mW $ hh 1 Wh

1 langley = 1 cal/cm² = 0,0116 (100 mWh) 1 kJ m2

1 langley · 0,0116 = HSP, obteniendo

$ 0, 024 $ 0, 0116 = HSP

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Simplificando: 1 kJ

m2

$ 2, 78 $ 10- 4 = HSP

1 kW

h 2

m

= 1.000 W

3.600 s 2

m

=

3.600.000 J 2

m

=

3.600 kJ m2

$ 0, 024 $ 0, 0116 = 1 HSP

Atendiendo a la anterior definición, decimos que 1 HSP es el equivalente a la radiación de 3,6 MJ/m2 o de 3.600 kJ/m2 o 1 kW·h/m2, siempre que esta energía emitida por el Sol sea la constante solar en la superficie de la tierra o sea de unos 1.000 W/m2. Con esta relación podemos establecer la radiación solar recibida con la energía que nos va aportar el módulo fotovoltaico, siendo esto importante en el cálculo de las instalaciones fotovoltaicas.

ejemplo

2.2

S

es

olar

Calcular cuántas HSP tiene una radiación solar de 24.000 kJ/m2·día 24.000 kJ/m2 · día · 0,024 · 0,0116 = 6,68 HSP Calcular cuántas HSP tiene una radiación solar de 4,8 kW · h/m2 · días. Si dividimos por la constante solar 1.000 W/m2 o 1 kW/m2 nos dará la cantidad de HSP: h

$ día m2 = 4, 8 HSP 1 kW/m2

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

4, 8 kW $

3,2

1.170

3,4

3,6

3,8

1.240 1.310 1.390

4,0

1.460

4,2

4,4

4,6

4,8

5,0

1.530 1.610 1.680 1.750 1.830

5,2

kWh/(m2 · día)

1.900 kWh/(m2 · año)

Fig. 2.7 Variación de la radiación solar en España Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

La radiación solar que llega a la superficie terrestre procede de tres componentes básicos: • Radiación

directa (Rd). Formada por los rayos procedentes del Sol directamente, es decir, que no llegan a ser dispersados.

• Radiación

difusa (Rdf). Aquella procedente de toda la bóveda celeste, excepto la que llega del Sol. Originada por los efectos de dispersión mencionados anteriormente.

• Radiación

del albedo (Ra). Procedente del suelo, debida a la reflexión de parte de la radiación incidente sobre montañas, lagos, edificios, etc., depende muy directamente de la naturaleza de estos elementos, se obtiene del cociente entre la radiación reflejada y la incidente sobre una superficie.

La suma de estas tres componentes da lugar a la Radiación global (Rg): Rg = Rd + Rdf + Ra

2.1.1 Cómo

medir la radiación solar

Una forma muy útil de medir la radiación solar es construirse un medidor solar a partir de una célula solar calibrada, un amperímetro que tenga una buena precisión y una resistencia que puede ser variable con un valor de 1 Ω.

célula solar calibrada

A

Una vez montado hay que exponer la placa solar al sol directamente, es importante que el día no tenga nubes Fig. 2.8 Montaje de un medidor de radiación solar que nos impidan la necesaria claridad, que el sol se encuentre en el cenit, o sea las 12 del mediodía hora solar, que como ya sabemos no coincide con la hora del día ya que se adelanta 1 ó 2 horas, según sea la época, invierno o verano. R=1Ω

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

El siguiente paso es calibrar el aparato con una escala, por ejemplo, cuando el amperímetro esté a fondo de escala, tendremos la máxima radiación o sea 1.000 W/m2, a continuación podemos efectuar una escala hasta llegar al 0 que será el origen. Como práctica, podemos inclinar la célula en un sentido o en otro, de este modo podremos observar la importancia que tiene el ángulo, por ejemplo 0º, 15º, 30º, 45º, 60º, esta práctica se puede repetir y anotar resultados en diferentes estaciones del año, de esta forma podremos saber cuál es el ángulo más favorable para nuestra instalación.

2.2 Orientación

e inclinación

volver

Para que un módulo solar fotovoltaico capte la máxima energía se orientará perpendicularmente al Sol, pero visto desde la Tierra, el Sol no está quieto, ya que varía según el horario, una solución sería desarrollar un instrumento que fuera capaz de hacer que el módulo solar siguiera al Sol, esto ya se efectúa en instalaciones con aprovechamiento solar máximo. Para una instalación normal de vivienda aislada o instalaciones pequeñas fijas, debemos tener algún criterio para dirigir la orientación del módulo, que vendrá dada por:

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

• Azimut (α): ángulo que mide la desviación respecto al hemisferio sur. (Fig. 2.9) • Inclinación

o elevación

(Fig. 2.10)

(β): ángulo formado por la superficie del módulo y el plano horizontal.

• Incidencia (ϕ): ángulo que forman la radiación directa sobre la superficie captadora, es decir, la línea, Sol-captador y la perpendicular al captador. (Fig. 2.11) • Declinación (δ): ángulo que forma el plano ecuador de la tierra con los rayos incidentes del Sol. Este ángulo varía con el día y su fórmula aproximada es la siguiente:

δ^ºh = 23, 45 sen ;c

360 m $ ^n + 284hE , siendo n el número del día en el año. (Fig. 2.12) 365

• Latitud φ: ángulo que forma la vertical del punto geográfico que se considere de la superficie

terrestre o emplazamiento y el plano del ecuador, el dato de la latitud es básico para poder conocer la posición solar, para su conocimiento lo mejor es conocer las tablas de radiación solar (Anexo 1). (Fig. 2.13) Los rayos inciden con menos radiación a medida que aumenta la latitud del lugar, sabemos que en el ecuador la latitud es igual a 0º y que un punto en el trópico de cáncer equivale a 23,45º, mientras que en el trópico de capricornio es de -23,45º y en el polo norte la latitud será 90º, en cambio en el polo sur la latitud será de -90º.



En general, la orientación de los módulos solares fotovoltaicos vendrá dada por la latitud del lugar, como norma general, la situación será la siguiente: Utilización

Ángulo de inclinación

Todo el año

Latitud del lugar

Invierno

Latitud del lugar +10º

Verano

Latitud del lugar -10º

Tabla 2.1 Orientación de los módulos norte perpendicular ca

pt

este proyección horizontal

sur

ad

or

β horizontal

α Fig. 2.9 Ángulo Azimut

Fig. 2.10 Ángulo de inclinación o elevación

horizontal

Plano de meridiano

la

r

sol

rp

en

di cu

captador

Ángulo δ declinación

ϕ

pe

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

oeste

n

radiació

Fig. 2.11 Ángulo de incidencia

Sol

Plano del ecuador

Fig. 2.12 Declinación

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Polo Norte Norte

Paralelos

Plano del horizonte Este

Latitud φ

Oeste

Ecuador

Sur

Emplazamiento Centro de la tierra

Meridianos

Polo Sur

Fig. 2.13 Emplazamiento placas solares según latitud

ejemplo

2.3

S

es

olar

Calcular el ángulo de declinación el día 31 de diciembre, si aplicamos la fórmula tendremos: δ^ºh = 23, 45 sen ;c

360 360 m $ ^n + 284hE = 23, 45 sen ;c m $ ^365 + 284hE = - 23º08l 365 365

2.3 Determinación

de sombras

volver

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Para tener el máximo aprovechamiento de un sistema de energía solar, tendremos en cuenta la incidencia de posibles sombras sobre los módulos solares fotovoltaicos. Cuando se instalan varios grupos de placas solares existe el inconveniente de la distancia mínima que habrá entre filas para que no proyecten sombras entre ellas, esto conlleva que el área de captación solar disminuya, el efecto de las sombras es más evidente en invierno que en verano, ya que el recorrido del Sol es más bajo, es por ello que el cálculo de sombras se fectua para el recorrido del Sol en invierno. Para poder determinar la sombra necesitamos averiguar la distancia mínima entre los módulos solares y de esta forma el aprovechamiento será máximo. Los módulos solares fotovoltaicos son muy críticos con las sombras, ya que una incidencia de un 10 ó 15% ejerce una disminución muy desfavorable en el rendimiento del sistema fotovoltaico. Para poder hallar la distancia mínima entre placas solares se hace necesario el empleo de la trigonometría en su concepción básica.

2.3.1 Trigonometría Es una herramienta matemática eficaz que nos permite relacionar las dimensiones de los lados y los ángulos de un triángulo rectángulo, de esta forma podemos situar las placas solares, evitando las posibles interferencias por medio de las sombras.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

sa

tenu

Hipo

α

β

Cateto contiguo

Cateto opuesto

Un triángulo es una figura geométrica cuyos ángulos suman 180º. En nuestro caso, vamos a emplear el triángulo rectángulo, que es aquel que tiene un ángulo recto o sea de 90º, según se observa en la figura:

Fig. 2.14 Funciones trigonométricas

La denominación de cateto contiguo y cateto opuesto depende del ángulo en el que estamos trabajando en la figura, hemos efectuado la relación, partiendo del ángulo a. En este tipo de triángulos se dan las relaciones matemáticas siguientes: sen α =

cateto opuesto hipotenusa

cos α =

cateto contiguo hipotenusa

tg α =

sen α cos α

Para determinar los ángulos formados por la altura de los obstáculos y la distancia entre estos y los captadores solares, debe considerarse:

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

2.3.2 Distancia

mínima

Es la separación mínima que debe haber entre dos o más placas solares fotovoltaicas. A continuación vamos a establecer esta distancia mínima entre placas solares, de esta forma aprovechar al máximo la radiación solar con el menor impacto de sombras entre placas. Un aspecto importante en la separación entre placas solares son los días más desfavorables, o cuando el sol está más bajo sobre el horizonte (meses noviembre, diciembre, enero). En equipos de utilización todo el año o invierno, el día más desfavorable corresponde al 21 de diciembre. En este día, la altura solar mínima al mediodía solar tiene valor: Hmín = (90º - latitud del lugar) – declinación solar La declinación solar en diciembre es aproximadamente -23º para el mes de diciembre será: Hmín = (90º - latitud del lugar) – 23º Las sombras son más largas en el día más corto del año, en el que el sol hace un recorrido más bajo, esto es en el solsticio de invierno o sea el 21 de diciembre.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Para equipos de utilización en el verano, los días más desfavorables suelen ser el 21 de marzo o de septiembre. En estos días, la altura solar mínima al mediodía solar será: Hmín = (90º - latitud del lugar) – declinación solar La declinación solar en marzo o septiembre es aproximadamente 0º, tenemos que Hmin será: Hmín =

90º - latitud del lugar

R

ad ia ci ón

Sol

B

H A

β

α

L C Distancia mínima

Fig. 2.15 Distancia mínima entre placas solares

Según la figura 2.15 en el ángulo a tenemos: A = al cateto opuesto L = al cateto contiguo H = hipotenusa sen α =

A H

A = H $ sen α

cos α =

L H

L = H $ cos α

tg α =

C = D $ cos b

tg b =

A L

A = L $ tg α

Según la figura 2.15 en el ángulo b tenemos: A = al cateto opuesto C = al cateto contiguo B = hipotenusa

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

sen b =

A B

A = B $ sen b

cos b =

C D

A C

A = C $ tg b

La distancia mínima entre líneas de captadores para que la fila anterior no proyecte sombras en la posterior, se determina mediante la fórmula:

La distancia mínima = L + C Por otra parte: cos b = C/B C = B $ cos b L = Distancia mínima – B · cos β

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Si desarrollamos la ecuación y sustituimos quedará del modo siguiente: Distancia mínima =

ejemplo

2.4

S

es

olar

Tenemos placas solares fotovoltaicas del tipo A-135P con unas dimensiones según catálogo de 1.476 x 659 x 35 mm. Averiguar la distancia mínima entre las placas solares, consideramos que la latitud del lugar de la instalación es 41º y el ángulo de inclinación es 45º, ya que esta instalación solar es de utilización todo el año. En una segunda parte procederemos a efectuar el mismo ejercicio, pero considerando su utilización solo en verano. 1ª La Hmínima será la más desfavorable, o sea la de invierno: Hmín = (90º - latitud del lugar) – 23º= (90º-41º)-23º = 26º Distancia mínima = 1, 476 $ cos 45o +

1, 476 $ sen 45o tg 26

o

= 1, 476 $ 0, 707 +

1, 476 $ 0, 707 = 3, 18 m 0, 487

La distancia mínima entre placas solares será 3,18 m. Si repetimos el ejercicio considerando su utilización en el periodo estival, tendremos que: 2ª La Hmínima será menos desfavorable, o sea en la estación estival: Hmin =

90º - latitud del lugar = 90º - 41º = 49º

Distancia mínima = 1, 476 $ cos 45o +

1, 476 $ sen 45o tg 49

o

= 1, 476 $ 0, 707 +

1, 476 $ 0, 707 = 1, 95 m 1, 150

Observamos que la distancia mínima varía según el periodo de utilización, debido a la altura solar que es irregular a lo largo de todo el año.

Determinación

del sur geográfico

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Para efectuar una buena captación de radiación solar es de suma importancia poder determinar el sur geográfico, de esta forma podremos lograr el máximo de horas de radiación.

Rayo de sol proyectado a las 12h

Sol

Este

Sur Norte

ángulo azimut = 0º

Oeste Fig. 2.16 Posición correcta para la instalación de placas solares con azimut = 0 Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Una forma de determinar nuestra posición solar, es apuntar con el brazo izquierdo hacia el Este y con el brazo derecho al Oeste, la punta de la nariz nos indicará el Sur geográfico y la nuca será el Norte geográfico. Otra forma más precisa, sería clavar una varilla en el suelo y esperar que el sol se encuentre en el zenit, cosa que sucede a las 12 horas solar, se especifica lo de solar porque, normalmente, los relojes en verano están adelantados dos horas y en invierno una.

Sol

Este

Norte

Este

Norte

altura solar = H ángulo azimut = α

ángulo azimut = α

Sur Oeste

Sur Oeste

Fig. 2.17 Posición de la instalación de placas solares con ángulo azimut = α

2.3.3 Altura

solar

(H)

Es el ángulo que forma la proyección de la sombra de un objeto, en el caso de la figura es la proyección de la sombra del árbol, esta sombra variará, según la hora, el azimut y el día del año. Para poder calcular el ángulo de la altura solar (H) efectuaremos la siguiente ecuación: H (º) = arcsen (sen φ · sen δ + cos δ · cos ω) Donde: φ; latitud del lugar según tablas Anexo1

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

δ; ángulo de declinación, se calcula según la fórmula siguiente: δ^ºh = 23, 45 sen ;c

360 m $ ^n + 284hE 365

ω; ángulo horario que varía entre 0 y 360º, dependiendo de la hora siendo, el valor de las: 12 h = 0º y de las 13 h = 15º, cada hora equivale a variación de 15º Valor del ángulo azimut a en cualquier hora del día y para cualquier latitud: α = arcsen =

cos δ $ cos ω - sen H $ cos φ G cos H $ sen φ

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Sol

Rayo de sol proyectado a las 12h

Norte

Este

altura solar = H Sur Oeste

ángulo azimut = 0º

Fig. 2.18 El Sol a las 12 horas solar se encuentra en el Sur geográfico

Para mejor comprensión de estos conceptos vamos a realizar un ejemplo. ejemplo

2.5

S

es

olar

Calcular el ángulo y la distancia de la sombra proyectada (altura solar H) de un árbol de 4 m, donde se van instalar unas placas solares fotovoltaicas en una población situada en la latitud 41º, en el día más desfavorable del año (21 de diciembre) a las 12 horas solar. La latitud del lugar sabemos que es 41º. El seno de 41º = 0,65 El día 21 de diciembre corresponde al día del año número 355: δ^ºh = 23, 45 sen ;c

360 360 m $ ^n + 284hE = 23, 45 sen ;c m $ ^355 + 284hE = - 23, 45º 365 365

Y su ángulo de declinación (δ)=-23,45

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

El seno de -23,45=-0,39, El coseno de -23,45=0,91 El ángulo horario (w) será igual 12 horas y su valor es 0º. El coseno de 0º = 1 Sustituyendo los valores en la fórmula tendremos que el valor de la altura solar (H) será: H (º) = arcsen (sen φ · sen δ + cos δ · cos ω) = arcsen (0,65 · (-039) + 0,91 · 1) = 41º Altura mínima H (º) Seno 41º = 0,65 Latitud φ (º) Coseno 41º = 0,75 A continuación vamos a calcular el ángulo azimut (a): α = arcsen =

cos δ $ cos ω - sen H $ cos φ 0, 91 $ 1 - 0, 65 $ 0, 75 G = 63º G = arcsen = cos H $ sen φ 0, 75 $ 0, 65

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Sol

Rayo de sol proyectado a las 12 h

Norte I=4m H=41º Este α = 63º

So

mb

ra

pro

ye 4,6 ctada 5m

Sur

Oeste

Desarrollo del ejemplo de aplicación

A continuación vamos a calcular la sombra proyectada: tgH = I; altura del objeto, en nuestro caso el árbol sombra proyectada =

I sombra proyectada

I 4 m 4 m = = = 4, 65 m tg H tg 41º 0, 86

A continuación vamos a evaluar las pérdidas por orientación e inclinación según el HE5 del Código Técnico de Edificación (CTE). Tenemos una orientación de 63º de azimut con una inclinación de 45º, estando en la latitud 41º, tendremos unas ganancias entre el 80 y el 90% y por tanto unas pérdidas entre 10 al 20%, pudiendo estar la inclinación entre el 30º y 50º, en nuestro caso 45º.

150o

165o

N

-165o -150o -135o

135o

-120o

120o

100%

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

105o

-105o

W

E

10o

-75 o

50o

63º Azimut

60 o

Ángulo de inclinación (β)

80%- 90% 70%- 80% 60%- 70%

30o

75 o

95%- 100% 90%- 95%

70o

-60 o

90o

50%- 60% 40%- 50% 30%- 40% < 30%

-45 o 30 o 15 o

S

-15 o

-30 o

Margen de ángulo inclinación entre 20º y 60º

Ángulo de inclinación 45º Ángulo de azimut (α)

Pérdidas por orientación e inclinación latitud 41º. Fuente: HE5 CTE Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Este resultado es válido para latitud igual a 41º, porque la figura está efectuada para esa latitud, para otras latitudes, por ejemplo Alicante, con una latitud aproximada de 38º el resultado tendría una variación: Tenemos que: Inclinación máxima de 50º Inclinación mínima de 30º Vamos a calcular la inclinación máxima y mínima para una latitud de 38º (Alicante) Inclinación máxima = 50º - (41º - latitud38º) =50º - (41º- 38) =50º - 3 = 47º Inclinación mínima = 30º - (41º - latitud38º) =30º - (41º- 38) =30º - 3 = 27º Se comprueba que con otra latitud hay que modificar los ángulos de inclinación en este caso será: Latitud 41 y azimut de 63º tenemos que la inclinación de los módulos solares podrán variar entre 30º y 50º. Latitud 38º y azimut de 63º tenemos que la inclinación de los módulos solares podrán variar entre 27º y 37º. Como síntesis podemos resaltar que si queremos tener un ángulo de inclinación con más amplitud de grados tendremos que variar el azimut procurando que tienda en lo posible a 0º.

2.3.4 Cálculo

de pérdidas de radiación solar por sombras

A continuación se describe el método para el cálculo de pérdidas de radiación solar según el CTE en su documento básico HE de ahorro de energía HE51. Estas pérdidas se expresan en porcentaje de la radiación solar global que incidiría sobre una superficie que no existiese sombra alguna. El procedimiento consiste en comparar el perfil de los obstáculos con un diagrama solar de trayectoria aparente.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Para obtener el perfil de los obstáculos que afectan a una superficie necesitamos saber el azimut o ángulo de desviación con respecto a la dirección Sur y la elevación o inclinación con respecto al plano horizontal. (Fig. 3.2 y 3.3 del Anexo 2 del libro). La representación del perfil de obstáculos se efectuara utilizando el diagrama de la figura 3.4 del Anexo 2 del libro, en el que se muestra la banda de trayectorias del sol a lo largo de todo el año, el diagrama es válido para la Península Ibérica y las Islas Baleares en cambio para las Islas Canarias el diagrama se debe desplazar 12º en sentido vertical ascendente. La banda del diagrama se encuentra dividida en porciones, delimitadas por las horas solares (negativas antes del mediodía solar y positivo después de este) y se identifican por una letra y un numero (A1, A2, ..., D14). Las tablas de referencia están referenciadas a los ángulos de inclinación y orientación (β y α). Escogeremos la que resulte más similar a la superficie de estudio, cada porción tiene asignada una letra con su número que corresponde a una porción de irradiación solar global anual, en el caso que tengamos un obstáculo esta porción la perderíamos y por tanto tendríamos una reducción de irradiación solar. (Tablas del Apéndice B del Anexo 2 del libro) Para una mejor comprensión, efectuaremos un ejemplo del cálculo de pérdidas por radiación solar por sombras. 1 Incluido en el Anexo 2 del libro. Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

ejemplo

2.6

es

S

olar

Debemos efectuar un estudio para un posterior proyecto de instalación de placas solares fotovoltaicas en un hipermercado de 6.000 m2, dentro de un recinto que tiene unos 8.000 m2 donde coexisten una zona con parques y jardines, una zona lúdica de cines y ocio, un aparcamiento y un edificio destinado a oficinas. Su situación es en la provincia de Madrid con latitud de 40º 25´ orientación Sur, la cubierta será inclinada a 1 agua y estará fijada a 40º. La orientación de los módulos será α = -35º (Este). La altura del edificio es de 20 m. Se necesita averiguar: La potencia a instalar y número de inversores. Pérdidas por orientación e inclinación. Pérdidas por sombras. N

ZONA LÚDICA

H = 30 m

ZONA PARQUES Y JARDINES

H = 20m

35°

EDIFICIO DE OFICINAS

35 m

HIPERMERCADO

25 m

O

ZONA APARCAMIENTO

15 m

CINES Y OCIO

E

H = 50 m

S

Situación del hipermercado

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Para poder efectuar este ejemplo es necesario utilizar el CTE en su sección HE5 (Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica - Anexo 2 del libro)). 1º Determinación

de la potencia

Tipo de uso

Límite de aplicación

Hipermercado

5.000 m2 construidos

P = C · (A · S + B)

Multitienda y centros de ocio

3.000 m2 construidos

Siendo:

Nave de almacenamiento Administrativos

10.000 m construidos 2

4.000 m2 construidos

Hoteles y hostales

100 plazas

Hospitales y clínicas

100 camas

Pabellones de recintos feriales

10.000 m2 construidos

Tabla del ámbito de aplicación

P; potencia pico a instalar (kWp) C; coeficiente definido en la tabla de la función de la zona A y B; coeficientes definidos en la tabla de zona climática S; superficie construida del edificio (m2)

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Hipermercado: La superficie del hipermercado es de 6.000 m2, según la tabla el límite de aplicación es 5.000 m2, por tanto es factible la instalación por ser mayor. Zona climática

C

I

1

II

1,1

III

1,2

IV

1,3

V

1,4

C, por ser la zona de instalación Madrid tenemos la zona climática IV (ver Fig. 3.1 Zonas climáticas del Anexo 2) y su coeficiente 1,3.

Tabla del coeficiente climático

Tanto el coeficiente A como el coeficiente B lo extraeremos de la tabla de coeficiente de uso:

Tipo de uso

A

B

Hipermercado

0,001875

-3,13

Multitienda y centros de ocio

0,004688

-7,81

Nave de almacenamiento

0,001406

-7,81

A = 0,001875

Administrativo

0,001223

1,36

B = -3,13

Hoteles y hostales

0,003516

-7,81

Hospitales y clínicas privadas

0,000740

3,29

Pabellones de recintos feriales

0,001406

-7,81

S, tendrá el hipermercado

valor

de

los

m2

del

S = 6.000 m2

Tabla del coeficiente de uso

P = C · (A · S + B) = 1,3 · (0,001875 · 6.000 + (-3,13)) = 10,55 kWp Según el procedimiento descrito en el HE5 los inversores serán de una potencia de 6,25 kWp Para esta potencia pico necesitaremos los inversores siguientes: nº de inversores =

10, 55 Wp 6, 25 kWp

A este valor por defecto le corresponderá 2 inversores de 5 kW, el cálculo de la potencia sufrirá un aumento que corresponderá a los dos inversores: 2 · 6,25 kWp = 12,5 kWp. Para hallar el número de módulos solares fotovoltaicos tendremos que efectuar el cálculo de la potencia en base a 12,5 kWp o 12.500 Wp. Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

2º Pérdidas

por orientación e inclinación

Se ha elegido el sistema por superposición, éste tiene unas pérdidas máximas permitidas por orientación e inclinación del 20% Orientación e inclinación

Sombras

Total

General

10%

10%

15%

Superposición

20%

15%

30%

Integración arquitectónica

40%

20%

50%

Caso

Tabla de pérdidas límite

El ángulo de orientación siguiendo los ejes principales del edificio donde se van a instalar los módulos solares fotovoltaicos es de (ángulo azimut) α = -35º (este)

La inclinación será la que tiene la cubierta del hipermercado que es de β = 45º por supuesto los módulos solares conservan la misma inclinación por superposición.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

N

165o

150o

-165o -150o -135o

135o

-120o

120o

100% 105o

-105o

W

E

10o

-75 o

50o 60 o

80%- 90% 70%- 80% 60%- 70%

30o

75 o

95%- 100% 90%- 95%

70o

-60 o

90o

50%- 60% 40%- 50% 30%- 40% < 30%

-45 o Ángulo de inclinación (β)

30 o 15 o

-15 o

-30 o

S Ángulo de inclinación 40º

Azimut 35º Margen de ángulo inclinación entre 10º y 50º

Ángulo de azimut (α)

Pérdidas por orientación e inclinación latitud 41º. Fuente: HE5 CTE

Se comprueba que para la latitud de 41º las pérdidas máximas por inclinación son 10% (90%95%) el límite por superposición es de 20%, para la orientación (azimut) de α = -35º por tanto están dentro de margen considerado. A continuación trasladamos este resultado para la latitud del lugar, que en este caso es Madrid (F = 40,25º), siendo los márgenes de utilización de: βmáx = 50º βmín = 10º Seguidamente vamos a comprobar lo anteriormente calculado con la latitud del ejemplo para Madrid latitud F = 40,25º tenemos: βmáx = 50º -(41º - 40,25) = 49,25º

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

βmín = 10º -(41º - 40,25) = 9,75º Como los resultados de la βmáx y βmín están dentro de los márgenes (50º y 10º) decimos que las pérdidas son admisibles. También comprobaremos las pérdidas de orientación forma analítica según procedimiento HE5 para pérdidas entre 15º < β < 90º: Pérdidas (%) = 100 · (1,2 · 10-4 (β - F + 10)2 + 3,5 · 10-5 · α2) β; ángulo inclinación del módulo 40º F; ángulo de la latitud 40,25º α; ángulo de orientación o azimut -35º Pérdidas (%) = 100 (1,2 · 10-4 (40 - 40,25 + 10)2 + 3,5 · 10-5 · (-35)2) =



= 100 (114,07 · 10-4 + 4.287,5 · 10-5) = 100 (11,40 · 10-5 + 4.287,5 · 10-5) =

= 100 · 10-5 (11,40 + 4.287,5) = 10-3 · 4.298,9 = 4,29%

Como 4,29% es inferior a 20% cumple en todos los casos la orientación e inclinación (10, 20, 40%). Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

3º Pérdidas

por sombras

Vamos analizar los obstáculos desde 120º hasta -120º, en este campo se observan los edificios que están ubicados de tal forma que pueden producir sombras en nuestra instalación de módulos solares fotovoltaicos según se observa en la figura:

H2

H1

A

D

El ángulo de elevación (A) es aquel que está formado por las diferencias de elevación de los edificios y su valor será el siguiente: Ángulo de elevación (º) A = arctg (H1-H2/D) donde: A = arctg (H1-H2/D) = arctg (50-20/40) = 36,8º A = arctg (H1-H2/D) = arctg (50-20/60) = 26,56º N

ZONA LÚDICA

H = 30 m

CINES Y OCIO

60

ZONA APARCAMIENTO

40

35°

m

° 51

E

1

EDIFICIO DE

12

0º

37° 0º 12

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

O

H = 20 m

m

ZONA PARQUES Y JARDINES

HIPERMERCADO

2

OFICINAS

H = 50 m

S

Situación de los obstáculos

Los puntos singulares son: Punto

Azimut (α)

Elevación (A)

1

37º

36,8º

2

-51º

26,56º

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

80

Elevación (º) 0h

-1 h -2 h

60 -3 h

-5 h 20

-6 h -7 h

0

D 11

D 13

A4

B8

A6

A5

A8

D 10 C 10

B 10

-30

30

0

5h

D 12

C 12 B 12

A 10

-60

4h

D8

C8

B6

A9

-90

-120

A2

3h

C6

B4

A7

B9

C 11 B 11

B1

A3 B7

D6

B2

A1

B5

C7 C9

B3

2h

C4

C3 C5

B4

C2

C1

D5

D9

D2

D3

D7

-4 h

40

1h D1

6h

D 14

120

90

60

7h

Azimut (º)

(1) los grados de ambas escalas son sexagesimales

A continuación asignaremos a todas las porciones un valor estimado, totalizándolo según nuestro criterio, éstos pueden ser 25, 50, 75, 100%, Aclaración a la tabla C2

Porción

% estimación

Coeficiente

% Pérdidas

A7

25

1,34

0,33

β; ángulo inclinación del módulo 40º

A5

75

2,17

1,62

F; ángulo de la latitud 40,25º

A3

50

2,90

1,45

A1

25

3,12

0,78

α; ángulo de orientación o azimut -35º

A2

50

2,88

1,44

A4

100

2,22

2,22

A6

25

1,27

0,31

B4

25

1,60

0,40

Total

Según el HE5 se escogerá la tabla que resulte más parecida a la superficie de estudio, en este caso elegimos la tabla C2 en su parte β = 35º y α = -30º por ser las más próximas a β = 40º y α = -35º.

8,55

Ahora detallamos la tabla C2 elegida con sus respectivos valores b = 90º; a = 30º

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

A

B

C

b = 35º; a = 60º D

b = 90º; a = 60º

A

B

C

D

A

B

C

D

b = 35º; a = -30º A

B

C

D

13

0,10

0,00

0,00

0,33

0,00

0,00

0,00

0,14

0,00

0,00

0,00

0,43

0,00

0,00

0,00

0,22

11

0,06

0,01

0,15

0,51

0,00

0,00

0,08

0,16

0,00

0,01

0,27

0,78

0,00

0,03

0,37

1,26

9

0,56

0,06

0,14

0,43

0,02

0,04

0,04

0,02

0,09

0,21

0,33

0,76

0,21

0,70

1,05

2,50

7

1,80

0,04

0,07

0,31

0,02

0,13

0,31

1,02

0,21

0,18

0,27

0,70

1,34

1,28

1,73

3,79

5

3,06

0,55

0,22

0,11

0,64

0,68

0,97

2,39

0,10

0,11

0,21

0,52

2,17

1,79

2,21

4,70

3

4,14

1,16

0,87

0,67

1,55

1,24

1,59

3,70

0,45

0,03

0,05

0,25

2,90

2,05

2,43

5,20

1

4,87

1,73

1,49

1,86

2,35

1,74

2,12

4,73

1,73

0,80

0,62

0,55

3,12

2,13

2,47

5,20

2

5,20

2,15

1,88

2,79

2,85

2,05

2,38

5,40

2,91

1,56

1,42

2,26

2,88

1,96

2,19

4,77

4

5,02

2,34

2,02

3,29

2,86

2,14

2,37

5,53

3,59

2,13

1,97

3,60

2,22

1,60

1,73

3,91

6

4,46

2,28

2,05

3,36

2,24

2,00

2,27

5,25

3,35

2,43

2,37

4,45

1,27

1,11

1,25

2,84

8

3,54

1,92

1,71

2,98

1,51

1,61

1,81

4,49

2,67

2,35

2,28

4,65

0,52

0,57

0,65

1,64

10

2,26

1,19

1,19

2,12

0,23

0,94

1,20

3,18

0,47

1,64

1,82

3,95

0,02

0,10

0,15

0,50

12

1,17

0,12

0,53

1,22

0,00

0,09

0,52

1,96

0,00

0,19

0,97

2,93

0,00

0,00

0,03

0,05

14

0,22

0,00

0,00

0,24

0,00

0,00

0,00

0,55

0,00

0,00

0,00

1,00

0,00

0,00

0,00

0,08

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

El total de pérdidas es de 8,55% siendo el máximo permitido del 15%, este valor es admisible para todos los casos (10% y 20%) según la tabla: Caso

Orientación e inclinación

Sombras

Total

General

10%

10%

15%

Superposición

20%

15%

30%

Integración arquitectónica

40%

20%

50%

Tabla de pérdidas límite

2.4 Cálculo

de paneles

volver

Denominamos panel solar fotovoltaico, a una estructura metálica compuesta por unas 36 células solares conectadas en serie con una tensión cada una de alrededor de 0,5 V y una intensidad variable entre 7 a 9 A. Los módulos o placas solares fotovoltaicos, tienen una potencia limitada, en función del fabricante, normalmente la potencia pico (Wp) oscila entre 5 Wp a unos 200 Wp, por supuesto para alcanzar toda la potencia solar pico es necesario tener la máxima radiación. La forma geométrica de un panel solar fotovoltaico es rectangular, aunque las células pueden ser circulares o cuadradas. De todas formas se intenta que el espacio entre células pertenecientes al panel solar sea lo más pequeño posible, esto es importante ya que se reduce la superficie que no se expone al Sol. El proceso de cálculo de paneles solares fotovoltaicos se subdivide en dos partes: • Instalaciones solares conectadas a red eléctrica, aquellas que producen electricidad para cederla a la red eléctrica, obteniendo beneficios económicos y ambientales, también implican un coste económico elevado debido al transporte eléctrico, ya que este tipo de instalaciones se suelen dar en zonas rurales.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

• Instalaciones solares aisladas, aquellas que se autoabastecen, se suelen dar en viviendas unifamiliares, explotaciones agrícolas, balizas de señalización, farolas eléctricas, etc.

La diferencia básica que existe entre las dos instalaciones es que unas utilizan baterías para acumular la energía eléctrica producida por el día, y otras tal como se genera la electricidad se introducen en la red eléctrica.

2.4.1 Cálculo

de paneles solares para instalaciones conectadas a red

eléctrica

El proceso consiste en saber la superficie en que vamos a situar las placas, y efectuar una buena orientación e inclinación, también hay que considerar que los inversores o convertidores suelen ser de 5.000 W. El proceso de cálculo es el siguiente: Potencia del inversor a utilizar = 5.000 W Pérdidas de conexionados y pérdidas por rendimiento del inversor = 10% Tensión de utilización entrada del inversor = 24 V, 48 V Potencia de utilización = Potencia del inversor / 0,90

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Potencia total = Potencia instalada + potencia perdida en el conexionado Nº de placas = Potencia utilización / potencia del panel Para mayor compresión efectuaremos un ejemplo. ejemplo

2.7

S

es

olar

Nos han propuesto efectuar un estudio para averiguar aproximadamente el número de placas solares fotovoltaicas necesarias para instalar una potencia de 10 kW en un terreno en la provincia de Ciudad Real que se quiere utilizar para a la generación de energía eléctrica por medio de una instalación solar fotovoltaica (se utiliza placas solares de 135 Wp). 1º Vamos averiguar la cantidad de inversores o convertidores que vamos a utilizar: 10.000 W / 5.000 = 2 inversores 2º Averiguaremos la potencia de utilización que será igual a la potencia del inversor dividido por las pérdidas por conexionado que son un 10%: 10.000 W / 0,10 = 1.000 W 3º Hallaremos la potencia total: 10.000 + 1000 = 11.000 W 4º Número de placas solares fotovoltaicas: nº de placas = Potencia utilización /potencia pico del panel nº de placas =

11.000 = 81, 48 placas solares 135

Los inversores necesarios serán de: 5.000 + 5.000 + 1.000 = 11.000 W

Nota Por redondeo al alza, el cálculo de placas está en base de de 82 placas con una potencia de 135 Wp.

2 inversores de 5.000 W y 1 de 1.000 W Por cada inversor de 5.000 W tendremos: nº de placas =

5.000 = 37 placas solares 135

Efectuando un redondeo situamos cada inversor de 5.000 W con 36 placas solares más el inversor de 1.000 W con 10 placas solares.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

5.000 W……..36 placas solares 5.000 W……..36 placas solares 1.000 W……..10 placas solares Es importante que las placas solares queden de forma par porque la instalación será de 24 V, y como sabemos tendrán que ir montadas en serie de dos a dos. A continuación vamos averiguar los kWh que vamos a generar diariamente: La energía que nos proporcionan las placas solares en una hora será, 10 kWh, La radiación solar media de Ciudad Real para una inclinación solar de 45º según anexo 1 es la siguiente: La radiación solar media por día será la suma de la radiación anual dividida por 12: 9.336 + 15.014 + 14.850 + 16.526 + 18.384 + 19.254 + 22.000 + 22.054 + 19.828 + 14.660 + 9.828 + 7.164 = 12 Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

15.741,5 kJ/m2 día · 0 ,024 = 377,79 langleys · 0,0116 = 4,38 HSP Nota La inclinación solar de 45º se ha elegido por considerar que es la más conveniente.

Cada día las placas solares proporcionan:

10 kWh · 4,38 HSP = 43,8 kWh/día de media anual, esto significa que habrá días, por ejemplo en verano, en que la energía aportada será mayor y viceversa.

+

+

24 V

24 V

+ centro de transformación

convertidor 5.000 W

CGP Caja General de Protección

protecciones interruptor protección general diferencial R S

convertidor 5.000 W

protecciones

kWh

contador de salida convertidor 1.000 W

T

N

embarrado general ICP Interruptor de control de potencia

protecciones

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Esquema de la instalación solar fotovoltaica a red eléctrica

2.4.2 Cálculo

de instalaciones solares aisladas

Para efectuar el cálculo de paneles solares en este tipo de instalaciones, tenemos que introducir el concepto de rendimiento global, que es la cantidad de pérdidas cuantificadas por el efecto Joule, convertidor, batería o acumulador, su valor es el resultado de la siguiente ecuación: RG = 1 - =^1 - kb - kc - kvh $

ka $ N G - kb - kc - kv Pd

Simplificando la ecuación obtenemos: RG = ^1 - kb - kc - kvh $ =1 -

ka $ N G Pd

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Donde: ka; coeficiente de autodescarga dentro de la batería. Es la autodescarga diaria de la batería, a una temperatura entre 15ºC y 25ºC, este dato suele venir en las características de la batería y su valor es: 2 · 10-3/día: para baterías de baja auto descarga, como son las de Ni-Cd o las de Pb-Ca sin mantenimiento 5 · 10-3/día: para las baterías estacionarias de Pb habituales en la utilización de la energía solar 12·10-3/día Para el resto de las baterías de alta auto descarga, normalmente son baterías con alto arranque, como las de los automóviles kb; coeficiente de pérdidas por rendimiento en el acumulador. Este coeficiente de pérdida es debido al rendimiento de la batería y su valor está comprendido entre 5 y 10%, esta variación es proporcional a la antigüedad de la batería kc; coeficiente de pérdidas supuestas al convertidor, si todo el sistema va conectado al convertidor tendrá un valor si no será igual a 0. Este coeficiente es debido a las pérdidas que se producen en el convertidor, en instalaciones a 230 voltios normalmente el rendimiento de un convertidor oscila entre el 80 y 95%, por los que las pérdidas oscilarán entre 20 y 5%, hay que tener en cuenta que si el sistema autónomo es mixto (partes con corriente continua y partes con corriente alterna por medio del convertidor) estas pérdidas se desprecian siendo de un valor igual a 0% kv; coeficiente que agrupa todas las pérdidas por el efecto Joule. Este coeficiente agrupa cualquier pérdida que halla en el circuito eléctrico y que no se halla contabilizado anteriormente, como son cables, conexiones, suele ser del 10% N; días de autonomía reflejado en la tabla 2.2 Pd; profundidad de la descarga admisible normalmente se sitúa entre un 60 y un 75% El proceso para el cálculo de paneles solares es el siguiente:

1º Cálculo del consumo máximo a prever (CT).



2º Cálculo del consumo de energía (E).



3º Cálculo de la energía total necesaria (ET).



4º Cálculo de las horas solar pico (HSP).



5º Cálculo del número de módulos (nº de módulos).

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

E=

CT V

ET =

E RG

radiación kJ/m2 · 0,024 = langleys · 0,0116 = HSP Ah/día = Imódulo · HSP

CT; consumo máximo del aparato al día (Wh/día) E; energía del sistema en Ah/día RG; rendimiento global ET; energía total necesaria HSP; hora solar pico

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Imódulo; intensidad del módulo que nos proporciona el fabricante Nº de módulos necesarios para efectuar la instalación El número de paneles o módulos en paralelo (NPP) será igual al cálculo del nº módulos El número de paneles o módulos en serie (NPS) será:

Número total de paneles solares (NTP): NTP = NPP · NPS ejemplo

2.8

S

es

olar

Efectuar una instalación solar para alimentar una estación de radio repetidora en la montaña, situada en la provincia de Toledo, la radiación solar media es de unos 16.000 kJ/m2, la potencia de utilización es de 100 W funcionando durante un tiempo de 15 minutos cada hora del día. 1º Si el funcionamiento es 15 minutos cada hora en 24 horas que tiene el día será:

El consumo máximo (CT) en el día será 600 Wh/día. La tensión de funcionamiento de la estación de radio es 12 V. 2º La energía necesaria será: E=

CT 600 = = 50 Ah/día 12 V

Siendo:

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

E; energía necesaria Ah/día CT; consumo total Wh/día V; tensión de utilización en el módulo A continuación hallamos el rendimiento global: RG = ^1 - kb - kc - kvh $ =1 -

Donde

ka $ N G Pd

ka; 2 · 10-3/día = 0,002/día kb; 5% = 0,05 kc; 5% = 0,05 kv; 10% = 0,10 N; según tabla 17 días Pd; profundidad de descarga 80% = 0,8 RG = ^1 - 0, 05 - 0, 05 - 0, 10h $ =1 -

0, 002 $ 17 G = 0, 76 0, 8

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

La energía total será: El consumo total será de 65,78 amperios hora por día, ahora se trata de comparar la corriente que nos genera un módulo solar fotovoltaico. Si partimos de las características del módulo A-135-P anteriormente descrito tendremos 7,58 A. 3º El siguiente paso es calcular las horas solares pico (HSP) para una radiación de 16.000 kJ/m2 16.000 kJ/m2 · 0,024 = 384 langleys · 0,0116 = 4,45 HSP A continuación calcularemos los Ah/día que nos proporciona el módulo solar: Ah/día = Imódulo · HSP = 7,58 · 4,45 = 33,71 Ah/día Número módulos solares necesarios:

El NPP será igual 2 módulos o paneles solares. El NPS será igual: En este caso 1,95 paneles solares redondeando al alza se convertirían en 2 paneles solares, conectados en paralelo.

Regulador V

A

- + - + - +

-

cc

-

ca

+

-

+

+

(-) cable negro o azul

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

-

+

(+) cable rojo o marrón

+

-

Convertidor cc-ca

- + 12 V +

Magnetotérmico o fusible

-

230 V

A repetidor radio

Acumulador

Instalación solar fotovoltaica aislada

2.5 Cálculo

de baterías

volver

Las baterías o acumuladores son unos elementos indispensables en las instalaciones solares autónomas o aisladas, su fin es almacenar la energía eléctrica que el sol, por medio de su radiación, ha suministrado a las placas solares, para su posterior utilización en las horas en las que no haya sol (ciclo diario). Como paso previo para el cálculo de baterías se determina el número días de autonomía previsto (N), este número de días vendrá dado por: • Circunstancias particulares por el usuario. • Características climatológicas del lugar.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

También el cálculo de batería o acumulador mantendrá unas funciones básicas en las instalaciones solares: • Suministrar una potencia instantánea superior a la de los módulos. • Mantener estable el voltaje de la instalación. • Suministrar energía en ausencia de radiación (días nublados, etc.).

Para poder cubrir periodos largos donde la nubosidad es abundante es necesario prever capacidades de baterías muy grandes. Esto hace un coste en baterías muy elevado que serían justificables en instalaciones del tipo militar o de señalización, telecomunicaciones, etc. La tabla que a continuación detallamos nos apunta los días de autonomía que pueden aceptarse para cada capital de provincia de España, de forma que la columna de la izquierda expresa el máximo de días que pueden estar nublados, estos datos han sido recogidos a partir de datos meteorológicos de los últimos años. La columna central serían los datos más normales a utilizar para electrificar viviendas aisladas, con descargas de baterías consecuentes con las placas solares fotovoltaicas empleadas.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

La columna de la derecha representa el número mínimo de días que una batería puede estar en descarga, en este caso es necesario tener un tipo de apoyo por medio de aerogenerador eólico, o alternador por otro tipo de energía convencional o en su caso, disminuir el consumo habitual. Ciudad

Nº de días máximo

Nº de días normal

Nº de días mínimo

Álava

25

20

15

Albacete

19

15

11

Alicante

16

13

10

Almería

15

12

9

Asturias

24

19

14

Ávila

22

18

13

Badajoz

20

16

12

Baleares

19

15

11

Barcelona

20

16

12

Burgos

24

19

14

Cáceres

19

15

11

Cádiz

16

13

10

Cantabria

24

19

14

Castellón

17

14

10

Ceuta

13

10

8

Ciudad Real

19

15

11

Córdoba

18

14

11

La Coruña

22

18

13

Cuenca

21

17

13

Gerona

19

15

11

Granada

17

14

10

Guadalajara

21

17

13

Guipúzcoa

23

18

14

Huelva

16

13

10

Huesca

22

18

13

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Ciudad

Nº de días máximo

Nº de días normal

Nº de días mínimo

Jaén

19

15

11

León

23

18

14

Lérida

23

18

14

Lugo

24

19

14 12

Madrid

20

16

Málaga

15

12

9

Melilla

13

10

8

Murcia

15

12

9

Navarra

24

19

14

Orense

24

19

14

Palencia

24

19

14

Las Palmas

8

6

5

Pontevedra

21

17

13

La Rioja

23

18

14 13

Salamanca

22

18

Santa Cruz Tenerife

12

10

7

Segovia

22

18

13

Sevilla

18

14

11

Soria

21

17

13

Tarragona

19

15

11

Teruel

22

18

13

Toledo

21

17

13

Valencia

19

15

11

Valladolid

25

20

15

Vizcaya

24

19

14

Zamora

24

19

14

Zaragoza

21

17

13

Tabla 2.2 Días de autonomía

2.5.1 Capacidad

de la batería (c)

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Es la energía que vamos a necesitar a lo largo del día teniendo en cuenta las pérdidas que existen en la instalación cuantificada en el rendimiento global (RG): capacidad =

energía total rendimiento global

2.5.2 Rendimiento

global (RG)

Es la cantidad de pérdidas cuantificadas en la batería o acumulador, su valor se obtiene, como ya hemos visto en el apartado 2.4.2, por la ecuación siguiente: k $N RG = 1 - =^1 - kb - kc - kvh $ a G - kb - kc - kv Pd Simplificando la ecuación obtenemos: RG = ^1 - kb - kc - kvh $ =1 -

ka $ N G Pd

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

2.5.3 Capacidad

útil de la batería (Cu)

Es la capacidad, en Ah/día, que es preciso producir diariamente multiplicada por el número de días de autonomía (N), según la tabla de días de autonomía. Cu = C · N

2.5.4 Capacidad

nominal (CN)

Es la capacidad que nos ofrece el fabricante en sus características, y es igual al cociente de la capacidad útil (Cu) y la profundidad máxima de la descarga admisible (Pd). CN =

Cu Pd

Esta capacidad de batería está referida a unas condiciones de trabajo estándar, a una temperatura entre 20 y 25ºC. Para mayor comprensión de este tema vamos a realizar un ejemplo:

Fig. 2.19 Bancada de baterías Fuente: Fulmen

ejemplo

2.9

S

es

olar

Considerar el ejemplo anteriormente efectuado, donde teníamos una estación repetidora en la montaña, donde la energía necesaria es de 600 Wh/día lo que corresponde a 50 Ah/día. RG = ^1 - kb - kc - kvh $ =1 -

ka $ N G Pd

ka; 2 · 10-3/día = 0,002/día Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

kb; 5% = 0,05 kc; 5% = 0,5 kv; 10% = 0,10 N; según tabla, 17 días Pd; profundidad de descarga 80% = 0,8 RG = ^1 - 0, 05 - 0, 05 - 0, 10h $ =1 -

0, 002 $ 17 G = 0, 76 0, 8

Tendremos que la capacidad de la batería será:

La capacidad útil (Cu) de la batería será: Cu = ET · N = 65,78 · 17 = 1.118,26 Ah Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Y la capacidad nominal de la batería será: CN =

Cu 1.118, 26 = = 1.397, 82 Ah Pd 0, 8

2.6 Caídas

de tensión y sección de conductores

volver

Los cálculos de las caídas de tensión vienen dados por el Reglamento electrotécnico de baja tensión (REBT) para la longitud de los cables, es muy importante que las distancias entre los elementos de la instalación sean las menores posibles, en todo caso, es recomendable que los valores no sobrepasen los tanto por ciento que a continuación se detallan en la tabla: Valor admisible (REBT)

Valor recomendado

Tramo paneles solares-Regulador o inversor

3%

1%

Tramo regulador-acumulador

1%

0,5%

Tramo acumulador-convertidor

1%

1%

Tramo convertidor-iluminación

3%

3%

Tramo convertidor-equipos electrodomésticos etc.

5%

3%

Tabla 2.3 Caída de tensión de los diferentes circuitos

Es recomendable que la sección mínima a utilizar en las conexiones de placas, reguladores y acumuladores sea 6 mm2.

2.6.1 Cálculo

de la sección del conductor

Los cálculos de las secciones de los conductores variarán dependiendo si son en la parte del circuito de corriente continua, corriente alterna monofásica o corriente alterna trifásica. A continuación se detallan las fórmulas necesarias para dichos cálculos:

Corriente

continua

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Como consecuencia de trabajar con tensiones bajas (12, 24, 48 V), la intensidad aumenta considerablemente, produciéndose pérdidas por calor en los conductores, es por ello que la sección de dichos conductores será mayor.

R=r

ρ=

L L , también R = S K$S

Ω $ mm2 R$S = = Ω $ mm2 /m L m

r; resistividad del cobre 0,01786 W · mm2 /m K; conductividad del cobre 56 m/W · mm2 siendo ρ =

1 K

ρ = 0, 01786 Ω $ mm2 /m

Por facilidad a la hora de efectuar el cálculo utilizaremos K. Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

También sabemos que R =

^ Va - Vbh

I

Si sustituimos tenemos: R=

^ Va - Vbh

I

L = c mr S

luego: S=

^r $ L $ Ih ^ Va - Vbh

Corriente

, comúnmente S =

^2 $ L $ Ih 56^ Va - Vbh

alterna monofásica

Para las líneas que trabajen en corriente alterna monofásica utilizaremos lo establecido en el Reglamento de Baja Tensión (REBT). El cálculo a seguir para hallar la sección adecuada será el siguiente: Siendo la caída de tensión en una línea monofásica e = R · I · cos a , como son dos líneas tendremos e = 2R · I · cos a , obviamente al ser líneas de poca longitud el coeficiente de autoinducción será igual a 0. R=

L K$S

Donde: K; 56 en cobre y 35 en aluminio L; longitud del conductor en m S; sección en mm2 La caída de tensión será: e =

2 $ L $ I $ cos α K$S

También podemos expresar e de la forma: e = Si e =

2 $ L $ I $ cos α V 2$L$P $ = V K$S$V K$S

%V %V 2$L$P , obtendremos que: = 100 100 K $ S $ V

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Podemos encontrar en esta fórmula el valor deseado despejando convenientemente. Por ejemplo la sección será igual a: S=

2 $ L $ P $ 100 K $ %V2

Corriente

alterna trifásica

La caída de tensión en un sistema trifásico es: si e = 3 $ R $ I $ cos α

R=

L K$S

tal como hemos visto anteriormente: e =

3 $ L $ I $ cos α K$S

e=

3 $ L $ I $ cos α V $ K$S V

si P = 3 $ I $ V $ cos α tenemos que: e =

L$P K$S$V

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

pero como sabemos e =

%V %V L$P , así obtenemos: = 100 100 K $ S $ V

de donde despejaremos adecuadamente para obtener el valor deseado. Por ejemplo la caída de tensión % será igual a: %=

L $ P $ 100 K $ S $ V2

, el resultado vendría dado en %.

2.7 Esquemas

y simbología

volver

Para poder efectuar un proyecto o una memoria técnica, es necesario poder expresar gráficamente la instalación que queremos diseñar, para ello existe un lenguaje gráfico que es la simbología, un esquema, la unión de símbolos para la interpretación de una instalación, en nuestro caso fotovoltaica.

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

Campo solar fotovoltaico -

+

-

+

-

+

Aereogenerador

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Regulador con convertidor

Batería

Grupo electrógeno Esquema 2.1 Instalación solar fotovoltaica

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

Generador fotovoltaico

Centro de transformación

Unidad de Interruptor acondicionamiento de potencia general

(CGP) caja general de protección

Protección diferencial

RST N

Inversor

Protecciones

Embarrado general

kWh

Contador de salida

(ICP) Interruptor de control de potencia

kWh

Contador de entrada Protección diferencial A cuadro de distribución

Esquema 2.2 Instalación solar conectada a red eléctrica

SIMBOLOGÍA

DESCRIPCIÓN

Interruptor diferencial

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Interruptor automático magnetotérmico (PIA)

Interruptor de control de potencia (ICP) forma1

Interruptor de control de potencia (ICP) forma 2

Corriente alterna Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

SIMBOLOGÍA

DESCRIPCIÓN

Corriente alterna

Corriente rectificada con componente alterna (también corriente rectificada y filtrada)

Corriente continua el valor de la tensión se puede indicar con el símbolo

Polaridad positiva

Polaridad negativa

V

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

A

W

Voltímetro, indicador de tensión

Amperímetro de corriente

Vatímetro

A Diodo dependiente de la luz (fotodiodo) C

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

SIMBOLOGÍA

Ah

Wh

DESCRIPCIÓN

Amperihorímetro (contador de amperios-hora)

Contador de vatios-hora

Caja derivadora

Transformador

+

Placa solar fotovoltaica

Cuestiones 1. Responder V de verdadero o F de falso, según corresponda a cada una de las siguientes afirmaciones:

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

V

F

1. Para determinar el valor de la radiación solar se emplea la irradiancia y la irradiación, que son, respectivamente, la energía y la potencia que nos irradia el Sol 2. La radiación solar que incide sobre la atmosfera se mide en Langley 3. Una HSP se utiliza para saber la cantidad de horas de Sol que tenemos con una intensidad de radiación de 1.000 W/m2 4. Las HSP dependen de la latitud 5. Llamamos incidencia al ángulo formado entre la radiación directa y la superficie captadora 6. Coincide el ángulo azimut igual a 0º con el sur

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:39:53.

V

F

7. La capacidad de almacenamiento de una batería depende del producto de la intensidad que puede suministrar por el tiempo en que puede efectuarlo 8. El montaje de baterías en paralelo aumenta la tensión 9. Si precisamos corriente alterna en una instalación fotovoltaica, tendremos que instalar un convertidor o inversor 10. Si aumentamos la tensión podemos disminuir la sección del conductor

volver

Ejercicios

propuestos

Ejercicio 2.1 Cuántas HSP de media anual tiene la Rioja cuando el Sol incide en una placa con una inclinación de 45º. Ejercicio 2.2 Efectuar una instalación solar para alimentar una estación de radio repetidora en la montaña, la radiación solar media es sobre 20.000 kJ/m2, la potencia de utilización es de 300 W funcionando durante un tiempo de 20 minutos cada hora del día. ¿Cuál será la energía necesaria? Ejercicio 2.3 Tenemos placas solares fotovoltaicas del tipo A-135P con unas dimensiones según catalogo de 1.476 x 659 x 35 mm. Averiguar la distancia mínima entre las placas solares, consideramos que la latitud del lugar de la instalación es 38º y el ángulo de inclinación es 30º ya que esta instalación solar es de utilización para verano.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Ejercicio 2.4 Se propone efectuar un estudio igual que en el Ejemplo 2.6, cambiando el dato de latitud Madrid por Asturias. Hacer un estudio para un posterior proyecto de instalación de placas solares fotovoltaicas en un hipermercado de 6.000 m2, dentro de un recinto que tiene unos 8.000 m2 donde coexisten una zona con parques y jardines, zona lúdica de cines y ocio, un aparcamiento y un edificio destinado a oficinas. Se sitúa en Asturias con latitud de 43º22´orientación Sur, la cubierta será inclinada a 1 agua y estará fijada a 40º. La orientación de los módulos será α = -35º (Este). La altura del edificio es 20 m. La potencia a instalar RPTA = nº inversores: 1,2, redondeando al alza 2. Pérdidas por orientación e inclinación RPTA = 4,30’% Pérdidas por sombras RPTA = 8,55% Ejercicio 2.5 Efectuar una instalación solar fotovoltaica donde tenemos un cable con una sección de 10 mm2, la instalación consiste en la conexión de las placas solares a una vivienda a la que tenemos que dotar de alimentación con una potencia de 2.000 W, la distancia de los módulos solares a la vivienda es 10 m, la tensión es 24 V. ¿Será suficiente la sección propuesta, sabiendo que la caída de tensión máxima permitida es de 5%?

volver Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

3

Montaje

de los paneles de las instalaciones de energía solar fotovoltaica

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Contenidos

3.1

Adquisición

3.2

Estudio

3.3

Montaje

3.4

Componentes

3.5

Estructuras

3.6

Tipos

3.7

Materiales. Soportes

3.8

Sistemas

3.9

Motorización

de equipos

previo de la instalación

de los equipos

del montaje de la instalación

de sujeción de paneles

de esfuerzos.

Cálculo

elemental de esfuerzos

y anclajes

de seguimiento solar

3.10

Integración

ir

Cuestiones

ir

Ejercicios

y sistema automático de seguimiento solar

arquitectónica y urbanística

propuestos

Índice Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Vamos a detallar los pasos a seguir para el montaje de las instalaciones de energía solar fotovoltaica. Por definición, sabemos que montaje: “es la unión de unas piezas para lograr el funcionamiento de una instalación”.

En el caso que nos ocupa, el montaje de una instalación de paneles solares fotovoltaicos, es la unión de todos los aparatos para que el sistema funcione correctamente. Dependiendo del tipo de instalación se pueden subdividir en: • Instalaciones aisladas de cc. Aquellas en que la instalación no utiliza el convertidor y están compuestas por placas solares, regulador y baterías. Como ejemplo, tenemos sistemas de telecomunicaciones (repetidores), sistemas de señalización en carreteras, sistemas de iluminación exterior autónomos... • Instalaciones

mixtas cc y ca. Las que utilizan indistintamente convertidor, compuestas por placas solares, regulador, baterías y convertidor de corriente continua (cc) y corriente alterna (ca). Como ejemplo, serían aquellas instalaciones de viviendas que, aparte de autoabastecerse de energía eléctrica, pueden, según las circunstancias, ceder parte de energía eléctrica a las compañías suministradoras de electricidad.

• Instalaciones conectadas a la red. Están formadas por paneles solares reguladores y convertidores,

se emplean para ceder energía eléctrica a las compañías suministradoras de electricidad. Como ejemplo, serían los llamados huertos solares, que son grandes extensiones de terreno donde solo hay exclusivamente placas solares conectadas a las compañías eléctricas, en la actualidad existen en España un importante número de ellas.

Las acciones a realizar en un montaje de una instalación es el siguiente: • Estudiar la ubicación más correcta. • Construir la estructura y los soportes de sujeción. • Fijar los paneles y su conexión. • Instalar en un habitáculo o local, baterías y equipos de regulación y control. • Instalar, tender y unir los cables para de la red de consumo. • Verificar, realizar pruebas y poner en marcha.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

A continuación se detallan tipos de instalaciones solares fotovoltaicas más usuales en la actualidad:

Fig. 3.1 Instalación aislada solar para señalización y comunicaciones. Fuente: IDAE

Fig. 3.2 Instalación solar mixta para fines agrícolas. Fuente: IDAE

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Fig. 3.3 Instalación solar conectada a la red eléctrica. Fuente: IDAE

3.1 Adquisición

de equipos

volver

Vamos a dar unas indicaciones sobre la adquisición de equipos, que es el paso previo al montaje: • Es importante comprar equipos con ciertas garantías en lo referente al servicio postventa: reparaciones o recambios. • Comprobar siempre que los equipos de la instalación adquiridos cumplen las especificaciones que el fabricante indica. • Conviene saber que las averías que se produzcan por defecto de componente, tienen la correspondiente garantía, sobre todo si el mal funcionamiento se manifiesta en los primeros días de uso de la instalación. • Hay que prestar especial atención a la batería, pues al llegar al final de su vida útil, el ácido que contiene es peligroso para el medio ambiente. Lo normal en el caso de las baterías es recoger las que están inservibles.

3.2 Estudio

previo de la instalación

volver

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Uno de los problemas más importantes de las instalaciones solares es decidir el emplazamiento físico, la elección se hará con sumo cuidado, porque después es muy difícil hacer modificaciones, los puntos más importantes suelen ser: • Emplazamiento, es aconsejable no instalarlo demasiado lejos de la vivienda. • Evitar sombras. • Reservar un espacio para el acumulador. • Minimizar el tendido de los cables.

3.3 Montaje

de equipos

volver

Los sistemas solares fotovoltaicos están compuestos por equipos y mecanismos eléctricos de regulación y control que efectúan diversas funciones, teniendo en cuenta su complejidad pueden ser: • Reguladores de tensión de las placas solares, que pueden ser tipo shunt o serie. • Sistemas de alarma, desconectadores, interruptores horarios.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

• Aparatos de medida (voltímetros, amperímetros, vatímetros). • Convertidores cc-cc y cc-ca. • Protecciones eléctricas, interruptores, mecanismos de mando.

Como norma general es importante centralizar equipos en casetas o armarios, donde, los diversos circuitos eléctricos, se puedan agrupar en un cuadro eléctrico. Para efectuar estos montajes se tendrán en cuenta una serie de especificaciones: • Los equipos estarán centralizados en un local donde, preferentemente, habrá un cuadro eléctrico que estará cerca del sistema de acumulación. • Las instalaciones solares fotovoltaicas cumplirán las especificaciones del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT). • En las tomas de corriente continua estarán identificados los polos positivos y negativos, para que no se puedan invertir, esto se efectuará por medio de tomas de corrientes especiales. • Las protecciones en corriente continua estarán compuestas por interruptor magnetotérmico y fusibles, preferentemente a la salida de la batería. • Tanto los convertidores cc-ca como los de cc-cc se instalarán próximos a las baterías. • La caída de tensión entre el regulador y la batería será inferior a 0,1 V, de esta forma no afectará a los márgenes de regulación. • En instalaciones alejadas, donde no pueda haber un mantenimiento de forma continúa, se procurará que el montaje del regulador incorpore un desconectador de los acumuladores por baja tensión. • Es muy importante una adecuada refrigeración o ventilación por convección en los reguladores tipo shunt; en los locales técnicos donde se sitúen los componentes de la instalación, los reguladores se situarán en la pared vertical, de modo que se permita la ascensión del aire caliente que suelen emitir.

3.4 Componentes

del montaje de la instalación solar

volver

Para poder efectuar el montaje de la instalación, a continuación establecemos una pauta de montaje y comprobación para poder llevar la instalación satisfactoriamente. Paneles

solares:

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

• Características del panel:

-- Marca. -- Modelo. -- Potencia pico (Wp). -- Tensión nominal. -- Dimensiones. • Disposición de los paneles:

-- Número de paneles. -- Orientación. -- Inclinación. -- Distribución. -- Sombras.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

• Conexionado eléctrico:

-- Esquema detallado de conexionado eléctrico de los paneles y accesorios por batería de paneles. -- Secciones y distancias de los conductores. -- Tomas de tierra y elementos de protecciones de sobretensiones, intensidades y defecto de tierra. • Estructura de soporte:

-- Tipo de soporte. -- Material utilizado para las estructuras. -- Tornillería. -- Disponer de conexión a tierra. -- Disposición del panel con respecto a la sombras. • Conducciones eléctricas:

-- Secciones. -- Aislamiento y protección. Acumulación: • Marca y modelo. • Aislamiento y protecciones. • Capacidad parcial y total . • Estado de la batería (físico, contactos, tensión, densidad). • Características de las salas de baterías. • Esquema de las conexiones con sus elementos.

Sistema

auxiliar:

• Característica:

-- Marca modelo. -- Potencia.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

• Esquema de conexiones:

-- Descripción de la maniobra de combinación solar. -- Elementos eléctricos específicos. Dimensionado: • Análisis de la demanda estimada:

-- Tipos de consumos. -- Estacionalidad. • Dimensionado del sistema:

-- Potencia Pico necesaria (Wp). -- Comparación entre la producción eléctrica y el consumo.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

3.5 Estructuras

de sujeción de paneles

volver

A menudo, cuando se efectúa una instalación solar, se presta más atención al número de módulos solares que se van a emplear, descuidando el diseño y la selección de los elementos que se tienen que fijar en tierra, en el techo o en la fachada. Los módulos solares fotovoltaicos tienen poco peso, por ejemplo la placa solar de 135 Wp marca Atersa, según características de fabricante, pesa 12,80 kg, en cambio, tiene una superficie opuesta al viento de aproximadamente de 1 m2, si suponemos una zona con vientos fuertes del orden de 150 ó 170 km/h, dimensionaremos el soporte de la placa para este tipo de esfuerzo.

3.5.1 Tipos

de estructura

Dependiendo la situación de las placas, podremos hablar del tipo de esfuerzo. Para el emplazamiento de los paneles no hay que olvidar la integración en la comunidad y la protección contra robos. Los tipos más comúnmente empleados para instalaciones solares en general son: Ancladas en el suelo. Forma más común de instalación en grandes conjuntos solares, por ejemplo huertos solares, esta forma de instalación atenúa la fuerza del viento, ya que a menos altura, la velocidad del viento es menor que en las capas altas. También destaca la facilidad de instalación y mantenimiento. Estas instalaciones suelen protegerse por cierres metálicos para evitar el paso de animales y personas, el único inconveniente es que pueden producirse sombras parciales o ocasionales. Las estructuras serán robustas y con fuertes anclajes.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Fig. 3.4 Placa solar anclada en el suelo

Sobre mástil. Sistema que se da en instalaciones que dispongan de mástil o haya que realizar un montaje especial con mástil. Las instalaciones susceptibles a este tipo suelen ser de pequeña potencia: farolas, balizamientos, señalización, repetidores, etc. Los mástiles no soportarán muchas placas solares, ya que si no habría que sujetar el mástil con tirantes o riostras de sujeción.

Fig. 3.5 Instalación solar sobre mástil

Anclados en fachadas. La más utilizada en instalaciones aisladas de viviendas, consiste en acoplar la estructura en una fachada de la vivienda, presenta muchas ventajas como: seguridad debido a la altura de las placas, disminución de la acción del viento, fácil instalación por medio de tacos de expansión, facilidad de mantenimiento y limpieza de placas. Como inconveniente: Fig. 3.6 Instalación solar sobre fachada la situación de la fachada, ya que ha de estar orientada al Sur, cualquier otra situación puede variar el rendimiento del sistema.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Instalación sobre tejados o cubiertas. Montaje más utilizado por orientación y lugar adecuado, superficie-espacio. El anclaje no presenta problemas si se tiene en cuenta que hay que asegurar la impermeabilidad del tejado y no permitir que se puedan producir pequeños depósitos de agua, pueden existir problemas de retención de nieve. Fig. 3.7 Instalación sobre tejados y cubiertas

3.6 Tipos

de esfuerzos.

Cálculo

elemental de esfuerzos

volver

El tipo de anclaje para los soportes de módulos solares fotovoltaicos depende de su ocupación en cubierta, terrado, fachada o sobre mástil y de las fuerzas que actúan sobre éstos a consecuencia de la presión del viento a la que se encuentre sometido. Como los módulos siempre estarán situados con dirección Sur, el único viento que puede representar un riesgo es el que venga del Norte, que producirá fuerzas de tracción sobre los anclajes, que siempre son más destructivas que las fuerzas de compresión. La presión que ejerce el viento sobre una superficie es igual a: Pviento = Donde:

1 $ D $ V2 $ S 2

Pviento; presión del viento en N/m2 o pascal (Pa) D; densidad cuyo valor en el aire es igual a 1,22 kg/m3 V; velocidad del vientos en m/s S; superficie de la placa en m2 ejemplo

3.1

S

es

olar

Hallar la presión del viento para una velocidad de 28 m/s, en una placa solar fotovoltaica de 1 m2. Conversión de m/s a km/h:

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

28 $

m km 3.600 s 28 $ 3.600 $ $ = = 100, 8 km/h s 1.000 m 1.000 h

P viento =

1 1 $ D $ V2 $ S = $ 1, 2 $ 282 $ 1 = 470, 4 N/m2, o lo que es lo mismo 470, 4 Pa 2 2

Para evaluar con precisión la fuerza que puede actuar sobre los módulos emplearemos la siguiente ecuación: F = P · S · sen2 a Donde: F; fuerza, en newton P; presión frontal del viento si los módulos estuvieran en posición vertical al viento S; superficie de la placa, en m2 b; ángulo de inclinación de los módulos respecto de la horizontal

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Para una mejor comprensión efectuaremos un ejemplo. ejemplo

3.2

S

es

olar

Calcular la fuerza que da el viento de 150 km/h sobre un grupo de 6 placas solares de fotovoltaicas de 135 Wp, que tienen una inclinación de 45º sobre la horizontal. 1º Conocer es la superficie de los módulos solares como ya sabemos el modulo solar fotovoltaico de 135 Wp tiene unas dimensiones según fabricante de 1.476 x 659 x 35 mm y siendo su superficie: 1.475 · 659 = 972.025 mm2 Vamos a pasar de mm2 a m2 para ello dividiremos por 1.000.000:

972.025 mm2 = 0, 972 m2 1.000.000

La superficie total de los módulos solares será: 0,972 · 6 = 5,83 m2 2º Pasaremos los 150 km/h a m/s: 150 $

km 1.000 m 1h 150 $ 1.000 $ $ = = 41, 66 m/s 3.600 s 3.600 h 1 km

3º A continuación hallaremos la presión del viento: P viento =

1 1 $ D $ V2 $ S = $ 1, 2 $ 41, 662 $ 5, 83 = 6.070, 97 N/m2, o 6.070, 97 Pa 2 2

4º Por último hallaremos la fuerza que ejerce el viento sobre las placas: F = P · S · sen2 a = 6.070,97 · 5,83 · 0,50 = 17.696,87 N El soporte que colocaremos para esta fuerza ejercida por el viento nos demuestra el gran efecto que puede hacer el viento sobre los módulos solares, tenemos que pensar que un mal anclaje o un diseño erróneo de la estructura puede afecta negativamente en la instalación de las placas solares fotovoltaicas.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

No solo la acción del viento puede ser el problema, también tendremos cuidado con la nieve, el hielo, la lluvia. Podemos aventurarnos a decir que el soporte del panel solar fotovoltaico cumple una doble función, por una parte la mecánica por tener un ensamblaje y, por otra, que es la orientación para captar la radiación solar.

3.7 Materiales. Soportes

y anclajes

volver

Los materiales utilizados para las instalaciones suelen ser perfiles metálicos, aunque también se están utilizando fibra de vidrio para los montajes, los más utilizados son: Aluminio

anodizado:

• Utilización en pequeñas estructuras. • Fácil mecanización. • Poco peso y gran resistencia. • Material muy efectivo por su resistencia a la corrosión. • Se suelen unir con remaches.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Hierro

corriente:

• Es más barato y fácil de conseguir. • Se pueden unir los perfiles mediante soldadura eléctrica. • No tienen mucha resistencia a la corrosión y por lo tanto hay que aplicar después de la construcción pintura anticorrosiva.

Hierro (acero

galvanizado):

• Utilización en grandes instalaciones. • Soportan potentes vientos. • Se unen mediante tornillos. • Tiene una buena resistencia a la corrosión.

Acero

inoxidable:

• Es el mejor material, relación material precio es elevado. • Su utilización más rentable es en ambientes salinos. • Larga vida de este material. • Material muy efectivo contra la corrosión.

Fibra

de vidrio:

• Es nuevo material sintético. • Cualidades físicas y mecánicas excelentes. • Material con muy poco peso. • Se combina muy bien con el acero galvanizado.

Kits

de montajes prefabricados:

• Los suministra la propia empresa que fabrica los paneles solares. • Su montaje es muy sencillo (no hace falta ninguna técnica especial).

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

• El anclaje al terreno es mediante hormigón a base de tacos con tornillos.

Materiales

empleados para la unión de los paneles solares:

• Normalmente será de acero inoxidable, aluminio, maderas tratadas. • Tornillos y elementos de fijación tendrán elementos de plástico para evitar el paso de corrientes galvánicas y así impedir la corrosión. • Puntos de sujeción, siempre que sea posible, la instalación se situará en superficies horizontales, sobre estructuras de hormigón en masa mediante tacos metálicos de expansión. • En caso de utilizar mástiles con mucha superficie se puede utilizar tirantes o riostras de sujeción.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

3.8 Sistemas

de seguimiento solar

volver

Los sistemas de seguimiento solar tienen por objetivo mantener la captación de la radiación solar, para ello, los paneles se orientan siguiendo la posición del sol durante las horas útiles de captación. Existen tres tipos: • Sistema por seguimiento sobre soporte estático. • Sistema por seguimiento por un eje. • Sistema por seguimiento por dos ejes.

3.8.1 Sistema

de seguimiento sobre soporte estático

Sol

Soporte que no tiene movimiento y que depende de la latitud de la instalación, por medio de un estudio se da a la instalación la inclinación más adecuada y de ese modo la mayor radiación posible. Es el sistema más simple y el habitual en todas las instalaciones, por simplicidad y coste económico.

Fig. 3.8 Seguimiento solar estático

Sol

3.8.2 Sistema

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

por un eje

de seguimiento

Seguimiento que mueve el soporte en una dirección esto lo efectúa de forma acimutal o por inclinación, es un sistema incompleto pero mejora la captación solar con respecto al sistema con soporte estático. Como normal general, en este sistema el eje Norte-Sur permanece fijo variando el eje según el recorrido del Este-Oeste, se suelen instalar en estructuras pequeñas.

Recorrido Este-Oeste (Azimut)

Recorrido Norte-Sur (Inclinación)

Fig. 3.9 Seguimiento solar por un eje (azimut o inclinación)

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Sol

3.8.3 Sistema dos ejes

de seguimiento por

Efectúa un seguimiento total del sol en altitud y en azimut, obteniendo la máxima radiación solar la mayor parte del día, su utilización es muy notable en sistemas de precisión con estructuras pesadas. Este sistema se subdivide a su vez en tres sistemas básicos:

Fig. 3.10 Seguimiento solar por dos ejes (azimut e inclinación)

• Sistema mecánico. Realiza un seguimiento total por medio de un motor y un sistema de engranajes, el problema que presenta es que hay que efectuar ajustes según temporada, ya que el sol varía a lo largo del año y, por tanto, hay que adaptar el movimiento del soporte.

• Dispositivos de ajuste automático. Actúa por medio de sensores que detectan cuando la radiación no incide perpendicularmente, variando los paneles solares a la posición ideal y consiguiendo la mejor radiación, este movimiento se efectúa por medio de motores. • Dispositivos sin motor. Pueden estar formados por sistemas neumáticos o hidráulicos, los primeros utilizan las propiedades que tienen algunos gases con su evaporación y su compresión, en el caso de los segundos, las propiedades son debidas a los fluidos que suelen ser aceites.

En general los sistemas de seguimiento solar pueden lograr un aumento entre el 30 y el 40% de la energía captada, lo primero que tenemos hacer para determinar su rentabilidad es evaluar el coste de la instalación del sistema de captación y la ganancia derivada del aumento de la energía.

3.9 Motorización

y sistema automático de seguimiento solar

volver Los métodos de seguimiento del sol pueden ser:

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

• Por

trayectoria astronómica. Tipo de seguimiento indirecto del sol, con el consiguiente problema de no necesitar los rayos solares, por tanto son inmunes a los nublados. Se utilizan en campos solares del tipo térmico.

• Por

seguimiento por fotosensor. Sistema de seguimiento directo del sol, se pueden utilizar tanto paneles térmicos como fotovoltaicos. Es el seguimiento más empleado, se valen de la radiación solar directa para detectar la posición del sol. La problemática aparece cuando se oculta el sol por medio de nubes, cuando el sol reaparece, el fotosensor hace girar el motor hasta llegar al punto máximo de radiación, que se consigue mediante un bucle de control y utilizando sistemas de fotosensores situados en el panel; en caso de error, los motores girarán hasta que el sensor encuentre la máxima radiación.

3.10 Integración

arquitectónica y urbanística

volver

Los elementos arquitectónicos convencionales se van a sustituir por nuevos elementos arquitectónicos que incluyen módulos solares fotovoltaicos, esto genera una nueva concepción Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

del uso de la energía sin romper la que tenemos de las estructuras de los edificios, es lo que entendemos por integración arquitectónica. Para no romper la estética arquitectónica o urbanística suelen utilizarse módulos fotovoltaicos especiales que ejercen una doble función: revestimiento, cerramiento o sombreado, y sustitución de elementos constructivos convencionales. Las aplicaciones de integración más frecuentes en edificios son: • Recubrimiento de fachadas. • Muros cortina. • Parasoles en fachada. • Pérgolas, parking. • Cubiertas planas acristaladas. • Lucernarios en cubiertas. • Lamas en ventanas. • Tejas solares. • Barandillas solares.

Para poder conseguir una estética y una mejor integración arquitectónica, cuando se efectúa el proyecto se tendrán en cuenta los elementos solares en el diseño del edificio, de esta forma logramos un aspecto mejor y aminoramos costes por la sustitución de los elementos convencionales por los solares fotovoltaicos.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

A veces es necesario mantener el elemento convencional con el fin de mantener la estética del edificio.

Fig. 3.11 Tejado solar

Los elementos empleados en arquitectura son las células solares, llamadas amorfas, aunque su rendimiento solar es algo bajo (11%) se adaptan a cualquier tipo de estructura (tejados, barandillas, etc.). También se utilizan para aplicaciones arquitectónicas las células convencionales en cristal, que tienen doble función: la captación solar y la semitransparencia, que ayuda aumentar la luminosidad en el interior del edificio.

Fig. 3.12 Aprovechamiento solar de un tejado de gasolinera

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Cuestiones 1. Responder V de verdadero o F de falso, según corresponda a cada una de las siguientes afirmaciones:

V

F

1. Una instalación aislada de cc es aquella que no utiliza inversor y está configurada para temas muy concretos 2. La parte que podemos considerar como la más importante en una instalación solar fotovoltaica es el emplazamiento 3. Los reguladores pueden ser del tipo shunt o serie 4. Las instalaciones solares fotovoltaicas deben cumplir el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) 5. Las estructuras para la sujeción de los paneles solares fotovoltaicos pueden ser fijas o movibles 6. Los vientos que provienen del Sur pueden producir un riesgo en la instalación 7. Los sistemas de seguimiento solar pueden ser fijo, de un eje y de dos ejes 8. Los métodos de seguimiento solar pueden ser por trayectoria astronómica y por seguimiento por fotosensor 9. Los elementos empleados para arquitectura son las células solares llamadas amorfas y su rendimiento un 20%

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

10. Se pueden emplear células de captación semitransparente para aumentar la luminosidad en el interior del edificio

volver

Ejercicios

propuestos

Ejercicio 3.1 Hallar la presión del viento en HPa, para una velocidad de 35 m/s, en una placa solar fotovoltaica de 1 m2.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Ejercicio 3.2 Hemos medido la presión que ejerce el viento en una placa solar fotovoltaica de 1,2 m2 y nos da 10 HPa, ¿cuál será la velocidad del viento en km/h? Ejercicio 3.3 Calcular la fuerza que da el viento de 100 km/h sobre un grupo de 6 placas solares de fotovoltaicas de 135 Wp, que tienen una inclinación de 30º sobre la horizontal. La superficie de los módulos solares tiene unas dimensiones según fabricante de 1.476 x 659 x 35 mm, el módulo solar fotovoltaico de 135 Wp.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

volver

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

4

Montaje

de las instalaciones de energía solar fotovoltaica

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Contenidos

4.1

Características

4.2

Conexión

4.3

Ubicación

4.4

Conexión

4.5

Esquemas

4.6

Conexión

de la ubicación de los acumuladores

de baterías

y fijación de equipos y elementos

a tierra

ir

Cuestionario

ir

Ejercicios

propuestos

Índice

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Es la fase donde el proyecto se realiza físicamente, el proyectista observa el montaje de la instalación, ya que pueden surgir dificultades o situaciones no tenidas en cuenta y que pueden dar lugar a modificaciones que se efectuarán in situ. Las acciones que se realizarán para efectuar el montaje de una instalación solar fotovoltaica son: • Comprobar la ubicación por si es la correcta, cercanías a los hogares o lugares comunitarios, orientación de los paneles. • Construcción de la estructura soporte. • Conexión de los paneles. • Montaje de baterías y equipos de regulación y control. • Tendido de cables y red de consumo. • Pruebas y verificación, y puesta en marcha.

4.1 Características

de la ubicación de los acumuladores

volver Otras de las partes fundamentales del sistema solar fotovoltaico es el sistema de acumulación. Su misión es suministrar una potencia instantánea durante un tiempo limitado y mantener un nivel estable. El montaje de los acumuladores presenta dos aspectos diferenciados: • Lugar de ubicación de los mismos. • Montaje y conexionado eléctrico.

La ubicación de los acumuladores es una decisión delicada, por eso es importante encontrar un cuarto caseta o, como mucho, un habitáculo o habitación ventilada, fuera de zonas que el usuario habitualmente utiliza. Otro error que se comete comúnmente es situar el regulador o cualquier aparato electrónico encima mismo de las baterías, ya que normalmente éstas desprenden gases ácidos muy nocivos para cualquier aparato electrónico.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

El Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) en su ITC-30, apartado 7, clasifica el lugar para acumuladores y las dimensiones, con el tipo de protección, donde poder instalar los acumuladores o baterías para equipos solares fotovoltaicos. La situación de los acumuladores debe ser un lugar protegido de la intemperie e inclemencias meteorológicas. Como ya sabemos, el rendimiento de un acumulador depende de su temperatura ambiente, la temperatura ideal está comprendida en 20ºC, la capacidad de la batería se reduce notablemente al disminuir dicha temperatura, es perjudicial para un acumulador tener temperaturas por debajo de 15ºC y por encima de 35ºC, por tanto, es fundamental no tener las baterías a la intemperie. La ubicación ideal de una batería es: • Lo más cercana a los paneles solares fotovoltaicos, ya que la caída de tensión panel-batería sería mínima y el coste de los cables también. • Un lugar con poca humedad y buena ventilación, ya que ayuda a que los ácidos corrosivos de la batería no se acumulen en los procesos de carga; aunque en plantas solares pequeñas no tiene mucha importancia, no hay que menospreciarlo en grandes plantas solares.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

• Las ventilaciones serán las adecuadas para que haya suficiente recirculación del aire, con aberturas en la parte superior e inferior, de esta forma conseguimos renovación de aire y poca acumulación de gases nocivos y corrosivos. • El local debe estar situado de forma que la oscilación de temperatura invierno verano sea la mínima. • En lugares donde las baterías estén en zonas muy frías de alta montaña, es imprescindible la protección de éstas por medio de un aislamiento apropiado. • La estructura de ubicación será en bancadas especiales y construidas para este fin. Las bancadas de maderas son muy asequibles, tanto técnica como económicamente, se colocan formando estanterías.

4.2 Conexión

volver

de baterías

El peligro fundamental del conexionado de las baterías es trabajar con corriente continua. El problema surge por la polaridad, ya que una inversión de polaridad puede resultar peligrosa para la instalación, como norma general, en los paneles vienen marcados los polos positivos, con signo (+) y los negativos, con signo (–). Para poder efectuar el conexionado de las baterías o acumuladores y obtener un determinado voltaje o intensidad, debemos atenernos a unas reglas de conexión. Supongamos que tenemos 6 vasos de batería con una tensión por vaso de 2 V y capacidad de 100 Ah. En la conexión en serie con este montaje sumamos el valor de la tensión, manteniendo la misma capacidad de batería: 100 Ah

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

2V

2V

2V

2V

-

2V

2V

+ 12 V

Fig. 4.1 Conexión de baterías en serie

VTotal = 2 V + 2 V + 2 V + 2 V + 2 V + 2 V = 12 V Capacidadbatería = 100 Ah = 100 Ah = 100 Ah = 100 Ah = 100 Ah = 100 Ah La energía (Wh) que puede ser almacenada en una configuración de baterías en serie será: Wh = VTotal · CapacidadBatería = 12 V · 100 Ah = 1.200 Wh o 1,2 kWh Conexión en paralelo con este montaje sumamos el valor de la capacidad, manteniendo la misma tensión de la batería:

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

VTotal = 2 V

100 Ah

Capacidadbatería = 100 Ah + 100 Ah +

+ 100 Ah + 100 Ah + 100 Ah + 100 Ah = 600 Ah

100 Ah

La energía (Wh) que puede ser almacenada en una configuración de baterías en paralelo será: Wh = VTotal · CapacidadBatería = 2 V · 600 Ah =

100 Ah

1.200 Wh o 1,2 kWh Se observa que la energía suministrada en las dos configuraciones es 1,2 kWh, en cambio, en la de en serie trabajamos con una tensión de 12 V, que es tensión normalizada, y una capacidad de acumulación de 100 Ah; en cambio, en la configuración en paralelo trabajamos con una tensión de 2 V y una capacidad de acumulación de 600 Ah, se comprueba que esta configuración no es económicamente rentable por tener que utilizar cables con secciones muy grandes, y no ser una tensión normalizada (12, 24, 48 V).

100 Ah

100 Ah

100 Ah

-

Existen otras conexiones de baterías, como son las llamadas mixtas, siendo su composición la unión de la configuración serie-paralelo. Una regla fundamental en este tipo de conexiones es que tanto las capacidades como las tensiones de las baterías sean iguales.

+

2V

Fig. 4.2 Conexión de baterías en paralelo

+

+

-

-

+

-

-

+

+

2V

-

+

A continuación vamos detallar algunas de las configuraciones posibles de interconexionado de baterías:

-

-

+

+

+

+

+

+

-

-

+

+

-

-

-

+

+

-

+

+ +

+ +

+ +

+

-

-

+

-

-

+

+

-

-

-

-

+

+

-

+

-

-

-

+

-

-

-

-

+

-

+

+

2V

-

+

2V

-

+

24 V +

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

+

-

-

+

-

-

+

-

+

-

-

+

-

-

+

+

2V

-

+

12 V

-

-

48 V

Fig. 4.3 Conexión de baterías en serie 12 V, 24 V, 48 V Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

En una instalación solar fotovoltaica es de vital importancia el uso de buenas baterías estacionarias, su regulación de los proceso de carga, evitando tanto las sobrecargas prolongadas como las descargas profundas. Fig. 4.4 Instalación de baterías para instalación solar

ejemplo

4.1

S

es

olar

Tenemos una instalación solar fotovoltaica en la que hay conectado un acumulador en carga que recibe una corriente de 5 A, si medimos con un voltímetro nos da una tensión de 14,6 V, si desconectamos las placas solares, el voltímetro nos marca 13,4 V. ¿Cuál será la resistencia interna que tiene el acumulador? V = E + I $ RI RI =

+

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Nota

E - V 14, 6 - 13, 4 = = 0, 24 W I 5

+

+

-

En cc comprobar que se corresponde la polaridad del voltímetro, normalmente la pinza de color rojo (+) y la de color negro (-).

+

+

+

-

-

+

+

14,6 V

-

+

+

-

voltímetro

+

-

+

-

+

13,4 V

voltímetro

+

Siguiendo con el mismo ejemplo, supongamos que el acumulador está cargado y desconectado de las placas solares fotovoltaicas (periodo nocturno) con carga de consumo, medimos nuevamente con el voltímetro y tenemos una lectura de 12,3 V, si despreciamos la caída de tensión en los cables de la carga. Averiguar la potencia de la carga que estamos alimentando. V = E + I $ RI Despejamos la intensidad de corriente:

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

I=

E - V 13, 4 - 12, 3 = = 4, 58 A RI 0, 24

Voltímetro

P = V $ I = 12, 2 $ 4, 58 = 55, 87 W +

El aparato que está conectado al acumulador tiene una potencia de 55,87 W.

+

+

-

4.3 Ubicación

y fijación de equipos y elementos

+

-

-

12,3 V

+

+

carga

+

volver

La ubicación es la situación en la se encontrará la instalación donde se va a efectuar el proyecto, y se deberá saber: • Latitud. • Longitud. • Altitud. • Clima (precipitaciones, vientos).

El Código Técnico de Edificación (CTE) en su apartado HE-5 divide España en 5 zonas: • Zona 1: H < 3,8 kWh/m2. • Zona 2: 3,8 ≤ H 10 kW Proyecto técnico visado.

2º Solicitar el punto de conexión en la provincia donde esté situada la instalación a sus servicios territoriales, tendremos que proporcionar la siguiente información: • Memoria de la instalación o, en su caso, proyecto con sus correspondientes planos, esquemas etc. • Carta de solicitud según modelo de cada provincia.

3º Cumplimentar un impreso normalizado para la autorización administrativa con las características de la memoria técnica o del proyecto. 4º Ponernos en contacto con el Ayuntamiento para pedir licencia de obras, es importante averiguar si existe en el Ayuntamiento algún tipo de normativa al respecto, situación de los módulos fotovoltaicos, distancias, etc. 5º Incluir la instalación en el régimen especial de producción de energía eléctrica, según el RD 177/2005 para potencias hasta 100 kW, si las potencias son superiores a 100 kW, se seguirá el RD 88/2005. 6º En la comunidad Autónoma correspondiente, se registrará la instalación en la conserjería correspondiente (energía), donde se dará un número de registro. 7º Una vez recopilados los datos anteriores se presentarán a la compañía suministradora de electricidad correspondiente donde se efectuará el contrato. 8º La empresa suministradora de electricidad efectuará una verificación de la instalación técnica, y si es correcta emitirá un certificado.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

9º A continuación, la instalación solar fotovoltaica se conectará a la red de suministro eléctrico en periodo de pruebas, durante el cual el coste de la energía será el 50% del valor del precio final. 10º En este punto, el titular de la instalación se dará de alta como productor de electricidad teniendo que pagar IVA con las correspondientes declaraciones. Estos puntos se complementan con el siguiente apartado de reglamentación siguiente.

6.1 Reglamentación

vigente

volver

La reglamentación vigente en instalaciones solares está comprendida en las siguientes leyes:

Europa

Legislación Europea directiva 2001/77/CE.

España

Plan de Energías Renovables (PER) 2005-2010. Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Ley 54/1997, del Sector Eléctrico, de 27 de noviembre. RD 1578/2008, de 26 de septiembre. RD 661/2007, de 25 de mayo. RD 1663/2000, de 29 de septiembre. Resolución, de 31 de mayo de 2001, de de Dirección General de Política Energética y Minas. RD 314/2006, de 17 de marzo, que aprueba el Código Técnico de la Edificación. RD 1955/2000, de 1 de diciembre. RD 842/2002, de 2 de agosto (Reglamento de Baja Tensión).

Comunidades

autónomas

Andalucía Decreto 50/2008, de 19 de febrero, por el que se regulan los procedimientos administrativos referidos a las instalaciones de energía solar fotovoltaica emplazadas en la Comunidad Autónoma de Andalucía (BOJA 44). Orden de 26/03/2007, por las que se aprueban las especificaciones técnicas de las instalaciones fotovoltaicas andaluzas (BOJA 80). Resolución 23/02/2005 de la Dirección General de Industria, Energía y Minas. Establece normas complementarias para la conexión en BT de instalaciones, y agrupaciones de las mismas, de tecnología solar fotovoltaica de potencia no superior a 100 kW (BOJA 57). Instrucción de 21/01/2004 de la Dirección General de Industria, Energía y Minas sobre procedimiento de puesta en servicio de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red (BOJA 26). Resolución de 1/12/2003 de la Dirección General de Industria, Energía y Minas, por la que se aprueba el modelo de memoria técnica de diseño de instalaciones eléctricas en baja tensión (BOJA 8).

Aragón

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Orden de 5 de febrero de 2008, por la que se establecen normas complementarias para la tramitación de expedientes de instalaciones de energía solar fotovoltaica conectadas a la red eléctrica (BOA 23). Orden 7/11/2006, del Departamento de Industria, Comercio y Turismo, que establece normas complementarias para la tramitación y conexión de instalaciones en Régimen Especial y agrupaciones de las mismas conectadas a la red del servicio esencial (BOA 134). Orden 7/11/2005, del Departamento de Industria, Comercio y Turismo, que establece normas complementarias para la obtención del punto de conexión de generadores fotovoltaicos y de otra naturaleza. Orden de 25/06/2004, del Departamento de Industria, Comercio y Turismo, sobre procedimiento administrativo aplicable a las instalaciones de energía solar fotovoltaica conectadas a la red eléctrica (BOA 82).

Asturias En el momento de la edición de la presente obra, no existe ninguna ley.

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Baleares Circular de la Directiva general de la Energía por la cual se establecen los criterios para la tramitación de la inscripción al registro de producción de energía eléctrica en régimen especial de las instalaciones fotovoltaicas de potencia no superior a 100 kW, conectadas en baja tensión, respecto a su exclusión del régimen de Autorización Administrativa previa. BOIB nº 15 de 30-01-2010.

Canarias Decreto 26/1996 de 9 de febrero de 1996, por el que se simplifican los procedimientos administrativos aplicables a las instalaciones eléctricas (BOC 28).

Cantabria En el momento de la edición de la presente obra, no existe ninguna ley.

Castilla

la mancha

Decreto 80/2007 de 19 de junio de 2007, por el que se regulan los procedimientos de autorización de instalaciones de energía eléctrica a tramitar por la Junta de comunidades de Castilla-La Mancha y su régimen de revisión e inspección (DOCM 131). Instrucción 20/04/2005 por el Director General de Industria y Energía que establece los criterios técnicos y administrativos para la conexión, a las redes del servicio esencial de distribución, de las instalaciones fotovoltaicas o agrupaciones de estas instalaciones, conocidas como huertos o granjas fotovoltaicas, para garantizar su compatibilidad con dicha red. Decreto 299/2003 de 4 de noviembre de 2003, por el que se regula el procedimiento de reconocimiento de la Condición de Instalación de Producción de Energía Eléctrica en Régimen Especial y la creación del Registro Autonómico de las Instalaciones acogidas a dicho régimen (DOCM 158).

Castilla

y león

Instrucción 1/E/DGEM/2008 de requisitos de conexión a la red de distribución eléctrica de instalaciones de producción en régimen especial de potencia superior a 250 kW.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Instrucción 2/E/DGEM/2008 sobre trámites a realizar para la devolución de avales bancarios depositados en la Junta de Castilla y León por particulares de instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red de distribución de energía eléctrica. Instrucción 01/2004/E de 5 de abril de 2004, sobre procedimientos abreviados de autorizaciones administrativas de instalaciones de producción de energía eléctrica, en BT, en las que no se precise el reconocimiento en concreto, de utilidad pública. Orden FOM/1079/2006 de 9 de junio de 2006, por la que se regula la instrucción técnica urbanística relativa a las condiciones generales de instalación y autorización de las infraestructuras de producción de energía eléctrica de origen fotovoltaico (BOC y L 126).

Cataluña Decreto 352/2001 de 18 de diciembre, sobre procedimiento administrativo aplicable a las instalaciones de energía solar fotovoltaica conectadas a la red eléctrica (DOGC 3544).

Comunidad

valenciana

Decreto 177/2005 de 18 de noviembre de 2005 que regula el procedimiento de implantación de instalaciones fotovoltaicas de hasta 100 kW, conectadas a la red de servicio esencial en tensión inferior a 1 kV (BOGV 5141).

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Extremadura Orden de 10/03/08, por la que se regula el procedimiento de acceso a la red de distribución de pequeñas instalaciones fotovoltaicas, como medida de fomento de las energías renovables (DOE 50). Orden de 29/01/07, de la Consejería de Economía y Trabajo, por la que se establecen normas complementarias para la conexión en las redes de distribución y para la tramitación de determinadas instalaciones generadoras de energía eléctrica en régimen especial y agrupaciones de las mismas (DOE 15).

Galicia En el momento de la edición de la presente obra, no existe ninguna ley.

La

rioja

En el momento de la edición de la presente obra, no existe ninguna ley.

Madrid Instrucción 25/10/2005 de la Dirección General de Industria, Energía y Minas. Establece criterios para la implantación de los huertos solares. Orden 9344/2003, de 1 de octubre, del Consejero de Economía e Innovación Tecnológica, por el que se establece el procedimiento para la tramitación, puesta en servicio e inspección de las instalaciones eléctricas no industriales conectadas a una alimentación en Baja Tensión (BOCM249). Resolución de 14 de enero de la Dirección General de Industria, Energía y Minas por la que se publican.

Murcia Ley 13/2007, de 27 de diciembre, de modificación de la Ley 1/1995, de 8 de marzo, de Protección del Medio Ambiente de la Región de Murcia, y de la Ley 10/2006, de 21 de diciembre, de Energías Renovables y Ahorro y Eficiencia Energética de la Región de Murcia, para la Adopción de Medidas Urgentes en Materia de Medio Ambiente (BORM 18). Ley 10/2006, de 21 de diciembre de 2006 de Energías Renovables y Ahorro y Eficiencia Energética de la Región de Murcia (BORM 2).

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Navarra Orden Foral 258/2006 de 10 de agosto del Consejero de Industria y Tecnología, Comercio y Trabajo, por la que se dictan normas complementarias para la tramitación administrativa de puesta en servicio y conexión a la red de distribución eléctrica de las instalaciones de producción de energía eléctrica en régimen especial y sus agrupaciones (BON 113). Orden Foral 64/2006 de 24 de febrero de 2006 de la Consejería de Medio Ambiente, Ordenación del Territorio y Vivienda, establece los contenidos de los estudios de afección ambiental y las características de los emplazamientos de las instalaciones solares con el objeto de acomodarse a las exigencias urbanísticas y a la protección de flora, fauna y paisaje (BON 48).

Pais

vasco

Orden 11/07/2001, por la que se establece el procedimiento para la puesta en servicio de instalaciones solares fotovoltaicas de potencia nominal no superior a 100 kW (BOPV 177). Orden 5.057 de 11 de julio de 2001 por el que se regula el procedimiento administrativo aplicable a las instalaciones de energía solar fotovoltaica (BOPV 177).

Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

A continuación se realiza un breve resumen con explicación de la leyes en Europa y en España, solamente se comentan las más importantes, por motivos obvios dejamos para el lector las de cada Comunidad.

Europa Legislación Europea directiva 2001/77/CE. Está elaborada a partir del protocolo de Kyoto y recoge una serie de artículos para el desarrollo de las energías renovables, ya que en la actualidad está infrautilizado, fijando para el año 2010 el indicativo global del 12% de consumo total procedente de energías renovables. Se fija como objetivo en el Artículo 1 el aumento de la contribución de la generación de electricidad por medios de energías renovables y sentar las bases para el desarrollo dentro del marco comunitario. En el Artículo 2 definen todos los conceptos de las diferentes energías renovables. En el Artículo 3 promueve el aumento de consumo de electricidad por medio de energías renovables. El Artículo 4 comenta las ayudas, tanto directas como indirectas, que recibirán los productores de electricidad para poder llegar a los objetivos prefijados. En el Artículo 5 se habla de garantizar que la procedencia de la electricidad sea por los medios acordados o sea energías renovables. El Artículo 6 comenta los procedimientos administrativos a seguir para la producción de electricidad por medio de las energías renovables. En el Artículo 7 se comentan las medidas necesarias para que los operadores de energía eléctrica garanticen el transporte y su distribución. Existen 4 artículos más, pero con los anteriormente mencionados es suficiente para saber el alcance de esta ley.

España

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Los objetivos de España según la legislación Europea eran: • Año 1997 à Electricidad generada por fuentes de energía renovables 37,15 TWh lo que significa 37.150 GWh. Nota • Año 1997 à en % significa un 19,9%. • Año 2010 à está prefijado como objetivo el 29,4%.

Plan

de

Un tera es igual a 1.000 gigas.

Energías Renovables (PER) 2005 - 2010

Los objetivos son que el 12,1% de energía primaria en el año 2010 sea abastecido por medio de energías renovables, siendo el consumo bruto de energía eléctrica de 30,3%. También comenta ayudas públicas a la inversión, incentivos fiscales a la explotación de biocarburantes y primas a la generación de electricidad con fuentes renovables. Ley 54/1997,

del

Sector Eléctrico,

de

27

de noviembre

El objetivo de esta ley es la liberación del mercado eléctrico, estableciendo unos regímenes especiales dependientes de las potencias a instalar además de garantizar el acceso a la red eléctrica. Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

RD 1.578/2008,

de

26

de septiembre

Establece el procedimiento de las tarifas en instalaciones fotovoltaicas, también define dos tipos de tipología: instalaciones de módulos fotovoltaicos que están en el suelo y las que están en edificios. También se definen los cupos anuales para las tarifas que se asignan trimestralmente, así como licencias, autorización y avales, las tarifas son decrecientes en un 10% anual, para nuevas instalaciones se aplica el RD 661/2007. Resolución,

de

31

de mayo de

2001,

de

Dirección General

de

Política Energética

y

Minas

Recoge la regulación del modelo de contrato tipo y modelo de factura para instalaciones solares fotovoltaicas dentro del ámbito de aplicación de la 1.663/2000. RD 314/2006,

de

17

de marzo, que aprueba el

CTE

El Ministerio de vivienda aprobó el 17 de marzo de 2006 el CTE, que en su parte HE-5 comenta la contribución solar fotovoltaica mínima de energía eléctrica, se incluye en este libro dentro del Anexo II. RD 1.955/2000,

de

1

de diciembre

Regula los procedimientos de autorización de instalaciones de energía eléctrica en general. RD 842/2002,

de

2

de agosto

(REBT)

Se aplica en el caso de conexión a la red de alta tensión. RD 661/2007,

de

25

de mayo

Define las tarifas primas para energías renovables así como su renovación y actualización. Los artículos más significativos se detallan a continuación:

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Artículo 2 Selecciona por categorías las energías renovables, siendo la energía solar fotovoltaica grupo b.1, subgrupo b.1.1. Artículo 3 Potencia de instalaciones, apartado b) para instalaciones del subgrupo b.1.1, se considera la suma de potencias de los inversores trabajando en paralelo para un mismo titular y que viertan su energía en un transformador común. Artículo 5 Autorización de instalaciones, se obtendrán los derechos de acceso y conexión a las redes de transportes o distribución, las Comunidades Autónomas pueden tener procesos simplificados cuando la potencia instalada no sea superior a 100 kW. Artículo 6 Requisitos para la inclusión de una instalación en el régimen especial, se evaluará cuantificadamente la energía que será transferida. Artículo 7 Presentación de la solicitud a la Administración General del Estado para la inclusión en el régimen especial que es un complemento al régimen ordinario. Artículo 16 Contrato con las empresas de red, solicitud de punto de conexión de red a compañía eléctrica suministradora: • Solicitud del punto de conexión. Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

• Documentación:

-- Carta de solicitud de Punto de conexión a la Red indicando el nº de solicitud ya obtenido.



-- Memoria resumen de la instalación, plano de ubicación, esquemas, características de los módulos fotovoltaicos e inversores. Artículo 18 Obligaciones de los productores en régimen especial: • Entregar y recibir la energía en condiciones técnicas adecuadas.

• Todas las instalaciones de régimen especial con potencia superior a 10 MW deberán estar adscritas a un centro de control de generación. Artículo 20 Cesión de la energía eléctrica generada en régimen especial, en el punto 3 comenta las instalaciones de régimen especial deberán contar con los equipos de medida de energía eléctrica necesarios que permitan su liquidación, facturación y control.

Artículo 24 Mecanismos de retribución de la energía eléctrica producida en régimen especial. Existen dos formas de vender la energía producida, por un lado parcial y por otro total: • Ceder la electricidad al sistema a través de la red de transporte o distribución, percibiendo por ella una tarifa regulada, única para todos los periodos de programación, expresada en céntimos de euro por kWh. • Vender la electricidad en el mercado de producción de energía eléctrica. En este caso, el precio de venta de la electricidad será el precio que resulte en el mercado organizado o el precio libremente negociado por el titular o el representante de la instalación, complementado, en su caso, por una prima en céntimos de euro por kWh.

Artículo 29 Complemento por energía reactiva, se manifiesta que se dará una prima por energía reactiva por mantener una serie de valores de factor de potencia. Esto es a grandes rasgos lo que depara este decreto ley en el cual habido cambios por la incorporación del RD Ley 1.565/2010 de 19 de noviembre que reforma los siguientes artículos del RD 661/2007, de 25 de mayo. Se modifican los siguientes artículos del RD 661/2007, de 25 de mayo:

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Artículo 3 Será condición necesaria para la inclusión en el régimen especial que la instalación esté constituida por equipos principales nuevos y sin uso previo. Artículo 29 Régimen de energía reactiva. Les será aplicable un complemento o penalización, según corresponda, por energía reactiva por el mantenimiento de unos determinados valores de factor de potencia. Se cambia el anexo III Modelo de inscripción en el registro. También este RD modifica al RD 1578/2008 de 26 de septiembre, efectúa una división por ubicación de los módulos solares y por la potencia: Tipo I Instalaciones que estén ubicadas en cubiertas o fachadas de construcciones fijas, cerradas, hechas de materiales resistentes. O bien, instalaciones que estén ubicadas sobre estructuras fijas de soporte que tengan por objeto un uso de cubierta de aparcamiento o de sombreamiento. Se excluyen expresamente de este tipo I las instalaciones ubicadas sobre estructuras de invernaderos y cubiertas de balsas de riego, y similares. Tipo I.1: Instalaciones del tipo I, con una potencia inferior o igual a 20 kW. Tobajas, Manuel Carlos. Instalaciones solares fotovoltaicas, Cano Pina, 2012. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/inacapsp/detail.action?docID=3226868. Created from inacapsp on 2018-09-25 17:49:11.

Tipo I.2: Instalaciones del tipo I, con un potencia superior a 20 kW. También se varían las tarifas de las instalaciones Artículo 11.2 del RD 1.578/2008, de 26 de septiembre, multiplicándolos por los siguientes factores: Nota a. Instalaciones de tipo I.1: 0,95. b. Instalaciones de tipo I.2: 0,75. c. Instalaciones de tipo II: 0,55. (Son el resto de instalaciones).

Las instalaciones tipo I tendrán una potencia máxima de 2 MW y las de tipo II de 10 MW.

Resumiendo, el RD Ley 1.565/2010 de 19 de noviembre, modifica lo siguiente: • Se cambia la bonificación/penalización por energía reactiva. • Se debe tener contratada un 25% de la potencia solicitada. • Se eliminan las instalaciones sobre invernaderos, balsas de riego y similares. • Se elimina la necesidad de Licencia de obras para el preregistro en el tipo I.1 • Se bajan las primas:

a. Instalaciones de tipo I.1: 0,95. b. Instalaciones de tipo I.2: 0,75. c. Instalaciones de tipo II: 0,55. RD Ley 14/2010,

de

23

diciembre

Se establecen medidas urgentes para la corrección del déficit tarifario del sector eléctrico. En este decreto ley se aborda el déficit tarifario del sector eléctrico. Estableciendo plazos de revisión de los peajes de acceso aunque a los productores que actualmente estén conectados a sus redes tendrán que abonar una tarifa de peaje de acceso de 0,5€MW/h.

Copyright © 2012. Cano Pina. All rights reserved.

Se modifica las horas equivalentes para instalaciones solares en función de la radiación solar siendo las siguientes: Tecnología

Horas equivalente de referencia/año

Instalaciones fijas

1.250

Instalaciones con seguimiento a 1 eje

1.644

Instalaciones con seguimiento a 2 ejes

1.707

Se define como número de horas equivalente de funcionamiento de una instalación de producción de energía eléctrica como el cociente entre la producción neta anual expresada en kWh y la potencia nominal de la instalación expresada en kW. RD 1663/2000,

de

29

de septiembre

Establece las condiciones técnicas para la conexión de instalaciones fotovoltaicas a la red de baja tensión. Ámbito de aplicación: Potencia nominal no superior a 100 kVA y cuya conexión a la red de distribución se efectúe en baja tensión (