jueves, 28 de junio de 2012

Como dimensionar un sistema fotovoltaico aislado - 1


Sistema fotovoltaico domiciliario instalado en una comunidad amazónica  del Brasil

Ante la gran cantidad de preguntas que recibo sobre el tema, he decidido exponer aquí un método simplificado para dimensionar un sistema fotovoltaico domiciliario. Debo recordar que existen diversas metodologías para hacerlo, y cada una tiene distintos niveles de complejidad y por tanto de confiabilidad.

Para comenzar algunas observaciones importantes:

1. Este tipo de dimensionamiento es para sistemas domiciliares autónomos y aislados, no para sistemas conectados a red aunque algunos pasos son similares.
2. Hay muchos conceptos que no he podido explicar, pero conforme lleguen las preguntas mejoraré esta guía. Recomiendo antes de aventurarse ver estos vídeos explicativos sobre la energía fotovoltaica.
3. El método presentado es para dar una idea al usuario si es económicamente viable o no, adquirir un sistema fv. De preferencia consulte un experto, para confirmar estos resultados y diseñar mejor su sistema.
4. Si ya cuenta con servicio eléctrico convencional, olvídese de los SFV porque la inversión es alta y no compensará el gasto con el ahorro mensual de electricidad. Los SFV son competitivos cuando son instalados en regiones remotas o aisladas, donde es difícil llegar con otros tipo de tecnologías o es complicado abastecerse de combustible.




Primera parte: Cálculo del consumo diario

Lo primero que debe estimar es cuanta energía va ser necesaria diariamente. (Ver: Como calcular tu consumo eléctrico).

En un sistema fotovoltaico, pueden existir cargas en corriente continua y en corriente alterna. Cada tipo de carga deberá ser calculado por separado.

Ejemplo:


En el ejemplo, vamos usar 3 lamparas en CC y una TV en CA, totalizando un consumo de 156 wh en corriente continua (Lcc) y de 48 wh en alterna (Lca).

Para hallar el consumo total usamos la siguiente relación:

 



Asumiendo una eficiencia del inversor del 85% y de las baterías también de 85%, el sistema FV debe satisfacer un consumo eléctrico de 250 Wh.

Segunda parte: Cálculo de la capacidad de las baterías.

Las baterías más utilizadas son las de Plomo-ácido de tipo abierto, aunque hay varias tecnologías que pueden ser utilizadas (Ver más información en el siguiente enlace).

Para calcular el tamaño de nuestro banco de baterias debemos usar la siguiente relación:



El número de días de autonomía es el número de dias que el sistema puede continuar a pesar de no tener las condiciones climáticas adecuadas (días nublados). En este caso, vamos usar 2 días de autonomía.

En el caso de las baterías usadas en SFV estas no pueden ser descargadas totalmente porque se malogran. Descargas profundas sólo disminuyen el tiempo de vida de ellas. Por lo tanto el termino Pdmax es la máxima profundidad de descarga que haremos en nuestra batería. En este caso asumiremos un valor de 50%.

Con esos datos, encontramos que nuestro CB* es 1000 Wh (= 250*2/0,5).

Para obtener la capacidad del banco de baterías dividimos el valor de CB* por la tensión de trabajo del sistema. Por lo tanto, nuestro valor de CB en Ah es:

CB = 1000 Wh/12V = 83,3 Ah. 

En este caso podríamos escoger una batería (o una asociación de baterías) con capacidad mayor a 83 Ah.

Para saber la profundidad de descarga diaria (Pd) debemos saber cuanta energía vamos extraer de la batería por día. Para eso dividimos el valor de la energía final necesaria (L) por la tensión de trabajo (en este caso 12 V).   

 250 Wh/12V = 20,8 Ah.

Esos 20,8 Ah equivalen al 25% de nuestra capacidad de la batería, por lo tanto, Pd = 25%.

Ese valor nos permitirá saber cuanto tiempo puede durar nuestra batería si conocemos la curva de descarga que muchas veces es proporcionada por el fabricante.




Por ejemplo, si nuestra batería tiene la misma curva de descarga mostrada y descargamos ella diariamente el 25% de su capacidad. esta nos duraría aproximadamente 4500 ciclos, es decir unos 12 años. (Ojo, aquí hemos tomado una curva de batería industrial como imagen ilustrativa, en verdad las baterías solares durante mucho menos que eso, entre 3 a 5 años dependiendo del régimen de descarga).

Tercera parte: Cálculo del generador fotovoltaico

Ahora vamos  dimensionar nuestro generador, para eso necesitamos usar la siguiente relación:


El valor de (HSP) puede ser obtenido de los mapas solares ya presentados en nuestra página, aunque lo ideal es usar el valor de irradiación sobre superficie inclinada (generalmente con un valor igual a la latitud del lugar). En este caso asumiremos un valor de irradiación de 4 kWh/m2 por día o de HSP = 4h.

Por lo tanto

P(Wp) = 1,25 x 250 Wh/ 4h = 78 Wp

Eso significa que podemos utilizar un módulo de 80 Wp o más, o un conjunto de módulos que nos den esa potencia.

Cuarta parte: Dimensionamiento del controlador y del inversor

Para proteger nuestras baterías, debemos escoger un controlador de carga. Este lo escogemos conociendo la corriente de salida del modulo, la corriente de consumo y la tensión de trabajo.

Imaginemos que tenemos un modulo de 80 Wp con las siguientes características:


De los datos vemos que la corriente de corto circuito es de 5,16 A, por lo tanto la entrada del controlador debe soportar por lo menos 6 A.

Por el lado de las cargas tenemos: 2 lamparas de 12 W ( =24W) y una de 15W lo que totaliza una potencia total en CC de 39 W. Si dividimos ese valor por la tensión de trabajo obtendríamos un valor de corriente de   3,25 A. Para la parte en alterna, tenemos un televisor de 24W que es obtenida a través de un inversor de 0,85 de eficiencia. Por lo tanto, la potencia necesaria es de 28 W en contínua o de 2,3 A. La corriente total por el lado de la salida es =3,25+2,3 = 5,5 A.

Con esos datos podemos elegir un controlador que trabaje a 12 V y soporte una corriente de entrada y de salida como mínimo de 6 A.

Si tenemos cargas en corriente alterna, vamos a necesitar además un inversor. Este debe tener una tensión igual a la tensión de trabajo en alterna y una potencia que soporte la potencia total de las cargas en corriente contínua y la potencia pico que puede consumir un motor al momento del arranque.

------------------------------------------------------------------------

Bueno, hasta aqui terminaremos la primera parte de esta guía quedando pendiente el tema económico que nos ayudará a definir cuál será nuestro costo total y si no es conveniente o no, seleccionar algún tipo de componente.

Espero que la guia les haya gustado y que les sea útil. Por favor, manden sus sugerencias y/o comentarios a robvaler@gmail.com.

A continuación, les muestro otros métodos de dimensionamiento que también les pueden ser útiles:







ESCRITO POR Roberto Valer

MSc. en Energía, por la Universidad de São Paulo (Brasil), formado en Física por la Universidad Nacional de Ingeniería (Perú). Trabajó en el área de Energía solar en el Centro de Energías Renovables de la Universidad Nacional de Ingeniería y del Grupo de apoyo rural de la PUCP. Actualmente, es miembro del equipo del Laboratorio de Sistemas Fotovoltaicos de la Universidad de São Paulo.

4 comentarios:

José Cruz Torres dijo...

Muchas gracias, de gran ayuda este tema

Roberto Valer dijo...

Gracias a ti José!

Asel G.V dijo...

http://www.youtube.com/user/fisicoperuano

Es físico peruano radicando en Sao Paulo, debes de conocerlo.

Orlando De Jesús Escorcia Nieto dijo...

Hola, un proyecto como este me gustaría saber en que rango de valores para el costo se encuentra?

saludos

Publicar un comentario en la entrada

Tus comentarios son muy importantes. ¡Gracias por dejar tu opinión! . ¡Por favor se respetuoso, comenta cosas que esten dentro del tema y evita los mensajes promocionales (spam)!

Ten un poco de paciencia para que pueda responderte, mientras puedes contribuir con la difusión del blog dandole un "me gusta" en nuestra página: http://www.facebook.com/pages/Soluciones-Solares/119616731413305

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...