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Manual de cálculo de sistemas fotovoltaicos aislados/autónomos – Parte III

Para instalaciones fotovoltacias sin conexión a la red eléctrica.

Continuamos con la tercera y última parte del manual. Si necesitas consultar la segunda parte, puedes hacerlo desde: “Manual Cálculo fotovoltaica aislada – Parte II”, o bien, comenzar desde el principio con la primera parte: “Manual Cálculo fotovoltaica aislada – Parte I

Cálculo de las baterías solares necesarias para nuestro proyecto fotovoltaico:

Pasamos ahora al cálculo de las baterías recordando que los dos parámetros importantes para el dimensionado de la batería son la máxima profundidad de descarga (estacional y diaria) y el número de días de autonomía. Como norma general, tomaremos estos parámetros: Profundidad de Descarga Máxima Estacional (PDmax,e) = 70% = 0,7 Profundidad de Descarga Máxima Diaria (PDmax,d) = 15% = 0,15 Número de días de Autonomía (N) = 6 Calculamos entonces ahora la capacidad nominal necesaria de las baterías en función de la profundidad de descarga estacional y diaria. La mayor de ellas será la que seleccionemos, pues de lo contrario podríamos incurrir en una insuficiencia estacional o diaria. Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima diaria (Cnd): ecuación cálculo capacidad batería Wh descarga_diaria ecuación cálculo capacidad batería Ah descarga diaria Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima estacional (Cne): ecuación cálculo capacidad batería Wh descarga estacional ecuación cálculo capacidad batería Ah descarga estacional Así pues escogeríamos la mayor, es decir la capacidad nominal de las baterías sería, como mínimo, C100=984Ah. Usaríamos entonces baterías solares estacionarias. Nota respecto al cálculo de baterías: En el caso de que tengamos que dimensionar un sistema que se utiliza solamente, por ejemplo, los fines de semana, se puede considerar un consumo diario equivalente, que sería como si fuera una instalación con un consumo diario menor pero igual en el cómputo general, y podríamos hacerlo con: Consumo diario equivalente = Consumo diario (cuando hay uso, los fines de semana) x Días de uso (2 o 3 días) / 7 días. Esto se aplicaría tanto al consumo global de la instalación, como al particular de cada elemento. El dimensionado del subsistema de generación se realizaría en función de este nuevo consumo diario equivalente. Otro apunte importante para baterías, para asegurar la carga de la batería, debemos siempre tener que la corriente de cortocircuito (Amperios) del sistema de generación (el grupo de paneles), sea mayor o igual a la Capacidad de la Batería en C20 (Ah), dividido entre 30. Y también no superar la corriente de carga máxima recomendada por el fabricante.

Cálculo del regulador/controlador de carga:

Procedemos ahora al cálculo del regulador, (!! ánimo que ya estamos acabando !!), para ello debemos calcular cual es la máxima corriente que debe soportar el regulador, a su entrada pero también a su salida. Para calcular la corriente de entrada al regulador hacemos el producto corriente de cortocircuito de un módulo, en este caso la del SW180 de SolarWorld es de Isc = 5,30 Amp., y multiplicamos por el número de las ramas (la corriente de cada rama en paralelo será aproximadamente la misma) en paralelo calculado anteriormente: ecuación cálculo corriente entrada regulador fotovoltaica aislada Siendo, (IMOD,SC) la corriente unitaria del módulo fotovoltaico en condiciones de cortocircuito, en este caso, para el SW180, es de Isc = 5,30 Amp. Se usa la corriente de cortocircuito para el cálculo de la corriente de entrada al regulador por que será la máxima corriente que podría ser generada por el módulo fotovoltaico y ha de ser esa la que tengamos en cuenta para evitar pérdidas de rendimiento. (NP) el número de ramas en paralelo, en este caso, 7. 1,25 es un factor de seguridad para evitar daños ocasionales al regulador. Para el cálculo de la corriente de salida hemos de valorar las potencias de  las cargas DC y las cargas AC: ecuación cálculo corriente salida regulador fotovoltaica aislada Siendo, (PDC), potencia de las cargas en continua. (PAC), potencia de las cargas en alterna. (ninv), rendimiento del inversor, en torno a 90-95%. Así pues, el regulador de carga debería soportar una corriente, como mínimo de 47 Amp. a su entrada y 26 Amp. a su salida.

Cálculo de inversor para nuestro proyecto fotovoltaico aislado:

Por último, para el cálculo del inversor para solar aislada, únicamente hemos de calcular la suma de las potencias de las cargas de alterna. En nuestro caso, sería la lavadora (350W) y la calefacción (110W) y aplicar un margen de seguridad del 20%. Así pues: ecuación cálculo inversor fotovoltaica aislada Así pues, será necesario un inversor de 550W aproximadamente. Ahora bien, debemos tener en cuenta algo importante a la hora de seleccionar nuestro inversor. Muchos de los electrodomésticos y aparatos con motor utilizados tienen “picos de arranque”, como los frigoríficos, lavadoras etc, lo que supone que para su arranque van a demandar mayor potencia que la nominal, en ocasiones hasta 4 o 5 veces más de la potencia nominal prevista. Es por esta razón que, para evitar problemas y deficiencias en el correcto funcionamiento de nuestra instalación, es recomendable hacer un sobredimensionamiento que contemple los picos de arranque: ecuación cálculo inversor fotovoltaica aislada picos arranque Es decir, nuestro inversor debería cubrir, al menos, 1.812W de demanda para tener bien cubiertas las necesidades de la vivienda, incluso los picos de demanda por arranque del motor de la lavadora. Por último, para seleccionar nuestro inversor, sabemos que en el mercado podemos encontrar inversores de onda senoidal pura (PWM) y de onda senoidal modificada (MSW). Mi recomendación es utilizar, siempre que sea posible, los de onda senoidal pura pues aunque son algo más caros, nos evitarán más de un problema que nos podrían ocasionar los de onda modificada con aparatos con motores. onda senoidal pura modificada Los inversores de onda senoidal pura modificada (PWM) pueden alimentar a la mayoría de electrodomésticos actuales, sin embargo, pueden ocasionarnos problemas con aparatos con cargas inductivas, como son los motores. Los inversores de onda senoidal pura (PWM), “imitan” la forma de onda que de la red eléctrica y en consecuencia es la mejor opción la alimentar los equipos eléctricos y electrónicos actuales. Esta ha sido, de un modo general, la explicación de qué es una instalación fotovoltacia autónoma, qué elementos la componen y cómo se realiza un cálculo típico, todo ello realizado por José A. Alonso Lorenzo. Si lo prefiere, puede descargar gratuitamente, el artículo completo para el cálculo de sistemas fotovoltaicos autónomos, en formato PDF, desde el siguiente enlace: PDF: SunFields – Manual de cálculo de instalaciones Fotovoltaica Autonomas Bibliografía: Sistemas Fotovoltaicos, Miguel Alonso Abella. Era Solar. Instalaciones Solares Fotovoltaicas, Enrique Alcor. Progensa. Energía Solar Fotovoltaica, Miguel Pareja Aparicio. Mancorbo. Sistemas Fotovoltaicos Autónomos, Leocadio Hontoria García. CIEMAT.

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