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DIMENSIONAMIENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Y BANCO DE BATERÍAS
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).
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.
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
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
|
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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