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Calculo simplificado de paneles solares


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DIMENSIONAMIENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Y BANCO DE BATERÍAS

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Datos necesarios para dimensionar un sistema.

a) Tensión nominal del sistema
Se refiere a la tensión típica con que operan las cargas a conectar. Se deberá distinguir además, si dicha tensión es alterna o continua.
b) Potencia requerida por la carga
La potencia que cada carga demanda es un dato esencial. Los equipos de comunicaciones requieren potencias importantes cuando funcionan en transmisión y ésta, muchas veces ocurre solo durante algunos minutos por día. Durante el resto del tiempo requieren una pequeña potencia de mantenimiento. Esta diferenciación debe ser tenida en cuenta en el diseño del sistema.
Horas de utilización de las cargas: conjuntamente con la potencia requerida por la carga, deberán especificarse las horas diarias de utilización de dicha potencia. Multiplicando potencia por horas de utilización, se obtendrán los Watts/horas requeridos por la carga al cabo de un día.
c) Localización del sistema
Latitud
Sitio de la instalación Longitud
Altura sobre el nivel del mar
Estos datos son necesarios para determinar el ángulo de inclinación adecuado para el módulo fotovoltaico y el nivel de radiación (promedio mensual).
d) Autonomía prevista
Esto se refiere a la cantidad de días que se prevé que disminuirá o que no habrá generación y que deberán ser tenidos en cuenta para el dimensionamiento del banco de baterías. Para sistemas rurales y domésticos se toman entre 3 y 5 días y para temas de comunicaciones remoto entre 7 y 10 días de autonomía.
e) Planilla de dimensionamiento
Se indica a continuación una planilla de cálculo con ayuda de la cual se determinarán los Watts hora-día (Wh/día) de todas las cargas de corriente continua y alterna que se pretenden alimentar.

Cargas de (C.C.).Ver planilla Nº 1.
Cargas de (C.A.).Ver planilla Nº 2.



Metodología

1)
 Identificar cada carga de corriente continua, su consumo en Watts y la cantidad de horas que opera.
En el ejemplo se han considerado lámparas de bajo consumo de 7 y 9 W. que con su balasto o arrancador, consumen 8.5 y 10 W respectivamente. También un equipo de transmisión tipo banda ciudadana donde se han diferenciado sus consumos en transmisión y escucha.

2) Multiplicar la columna A) por la B) para obtener los watts hora/día de consumo de cada aparato de columna A x B.

3) Sumar los Watts hora/día de cada aparato para obtener los Watts hora/día totales de las cargas en corriente continua (C.C.) (subtotal de la Planilla 1).

4) Proceder de igual forma con las cargas de corriente alterna con el agregado de un 15 % de energía adicional para tener en cuenta la merma de rendimiento en el inversor (subtotal de la planilla N° 2).
Para poder elegir el inversor adecuado, se deberá tener en claro cuales son los niveles de tensión que se manejará tanto del lado de (C.A.) como del lado de (C.C.). Por ejemplo, si en una vivienda rural se instala un generador solar en 12 V.C.C. y se desea alimentar un TV color que funcione en 220 V.C.A. y que consume 60 Watts, el inversor será de 12 V.C.C. a 220 V.C.A. y manejará como mínimo 60 Watts. Si existieran otras cargas de corriente alterna, se deberán sumar todas aquellas que se deseen alimentar en forma simultánea.
El resultado de dicha suma, más un margen de seguridad del 10 % aproximadamente, determinará la potencia del inversor.

5) Obtener la demanda total de energía diaria en Watts-hora/día, sumando: Subtotal 1 + subtotal 2.

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Cálculo del número de módulos necesarios
Método simplificado

La Comisión Nacional de Investigaciones Espaciales (C.N.I.E.) elaboró en el año 1987 una tabla de datos meteorológicos para 119 localidades de la República Argentina, necesarios para el dimensionamiento de sistemas solares. En base a estos datos se realiza una división del país en zonas con distintos niveles típicos de radiación solar.
Como ya se ha visto, la capacidad de generación de los módulos varía con la radiación. La tabla 1 muestra para distintos modelos de generadores de un fabricante determinado y para las distintas zonas del país, los valores promedio de generación en Watts-hora/día.
Para realizar un cálculo aproximado de la cantidad de módulos necesarios para una instalación se procede de la siguiente forma:

6) Calcular en base a las planillas de dimensionamiento la demanda total de energía de la instalación (subtotal Planilla N° 1 + subtotal Planilla N°2).

7) Determinar en qué zona de las que figuren en el mapa ya mencionado, se realiza la instalación.

8) Los valores que figuran en la tabla 1 son valores promedios de generación en Wh/d. Para asegurar que los consumos estén adecuadamente abastecidos en invierno, deberá restarse a dichos valores promedios, el porcentaje que se menciona en dicha tabla.
Para mostrarlo con un ejemplo, se supone que la demanda total es la que surge 231.5 Wh/d y que el lugar de instalación es el sur de la Pcia. de Córdoba (Zona D). La generación promedio de GS-2 en dicha zona es de 290 Wh/d, según tabla 1.

El sistema debe diseñarse para que funcione correctamente en invierno, época en la que disminuye la generación en un 20 % según la misma tabla.
La generación GS-2 será:
290 (1 - 20) W/h/d = 232 W/h/h
100

Este generador será adecuado ya que su capacidad de generación resulta ligeramente superior a la demanda total calculada.

Nota: En este caso, la selección del equipo resulta muy ajustada, en la práctica es conveniente tener un cierto exceso de generación ara cubrir circunstancias eventuales como puede ser un aumento de horas de funcionamiento de alguno de los artefactos eléctricos, porcentajes de pérdidas por suciedad en los paneles por una falta de limpieza periódica, etc.

CÁLCULO DEL BANCO DE BATERÍAS
9) La capacidad del banco de baterías se obtiene utilizando la siguiente fórmula:

Cap. = 1.66 x Dtot x Aut.

Donde: 1.66 es el factor de corrección de batería, que tiene en cuenta la profundidad de descarga admitida, el envejecimiento y un factor de tiempo.
Dtot es la demanda total de energía de la instalación en Ah/día. Esto se obtiene dividiendo los Wh/día totales que surjan de la planilla de dimensionamiento por la tensión del sistema.
Aut son los días según lo visto en el ítem anterior.

Para el ejemplo que hemos tomado, será:
Cap. Bat. = 1.66 x 231.5 Wh/día x 5 días = 160 Amp. hora
12 Volts
Se tomará el valor normalizado inmediatamente superior al que resulte de este cálculo y se armarán las combinaciones serie paralelo que resulten adecuadas para cada caso.
A continuación transcribiremos las planillas utilizadas por un fabricante de paneles fotovoltaicos para la selección de sus equipos. Cada uno de los fabricantes dispone de planillas y tablas de este tipo para ser utilizadas por los instaladores

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PLANILLA DE DIMENSIONAMIENTO

Con la ayuda de esta planilla se determinarán los Wh/día de todas las cargas en corriente continua y alterna que se pretendan alimentar.
Cargas en corriente continua

Panilla N°1

Aparato
Horas de uso por día
(A)
Consumo en Watts
(B)
Total Wh/día
(A*B)
Lámpara 7W
1
8.5
8.50
2 lamp. 9W
3 cada una
10
60.00
Equipo radio
transmisión
0.5
12
6.00
Equipo radio
emisión
3
3
9.00






Total
93.50

Cargas corriente alterna

Planilla N°2

Aparato
Horas de uso por día
(A)
Consumo en Watts
(B)
Total Wh/día
(A*B)
TV color 14”
2
60
120.00














15% de pérdida por inversor
18


Subtotal 2 (120+18)
138


Subtotal N°1
93.50


Demanda total de energía
231.50
Agregar 15 % para tener en cuenta el rendimiento del inversor.
Demanda total de energía en Watt-hora/día (Tabla 1 y tabla 2).

Tabla 1: Capacidad de generación neta para los distintos modelos de generador según su ubicación geográfica (incluye la pérdida de rendimiento en la carga y descarga de batería).

http://www.solartec.com.ar/documentos/generadores_viviendasmedianas.pdf

GENERACIÓN PROMEDIO EN WATT-HORA POR DÍA
MODELO  ZONA A  ZONA B  ZONA C  ZONA D  ZONA E ZONA F ZONA G
M14            28               38            42              48            60            53           67
M21            40               55            59              69            71            76           95
Solartec
150 y GS-1  85             115          125            145         150          160          200
Solartec
300 y GS-2 170            230          250            290         300          320          400
GS-4           340            460          500            580         600          640          800
GS-8           680            920        1000          1160       1200        1290        1600
GSX-1          95            113          140            165         170          180           225
GSX-2        190            260          280            330         340          360           450
GSX-4        380            520          560            660         680          720           900
GSX-8        760          1040        1120          1320       1360         1440         1800

Diferencia en % entre el valor promedio indicado en la tabla y los máximos de verano y mínimos de invierno:

                     40 %       30 %        30 %          20 %       15 %        12 %          5%

El frente de los módulos del generador debe mirar al norte geográfico (posición del sol al mediodía).
El plano de los módulos debe instalarse inclinado, formando con el plano horizontal, el ángulo indicado en la tabla.
Ángulo de
inclinación
(grados)        70           65            60            45-50       30-35           35            20


Importante en comentarios se pueden realizar consultas, las cuales serán respondidas por este medio o en clase, según la importancia y profundidad de la misma




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