Manual de cálculo de sistemas fotovoltaicos aislados/autónomos – Parte I.

Para instalaciones fotovoltacias sin conexión a la red eléctrica.

Manual de cálculo de instalaciones fotovoltaicas Aisladas Autónomas

“SunFields recomienda a sus clientes la utlización de productos y materiales de alta calidad”, un sistema fotovoltaico debe tener una vida útil de, al menos, 30 años, por lo tanto, una selección de materiales de calidad será un elemento diferenciador en la vida y rentabilidad del proyecto. Nuestra recomendación, por experiencia, calidad y resultado, serían:

Paneles solares para sistemas aislados de 12V. Recomendamos:

Paneles solares para sistemas aislados de 24V y/o con reguladores MPPT. Recomendamos:

Recomendamos complementar la lectura de este artículo con los informes de “El mejor panel solar del mercado” y “Degradación por PID en paneles solares“. De este modo, se tendrá una visión más acertada de como dimensionar un sistema fotovoltaico y que paneles solares son los más adecuados elegir para no tener problemas futuros.

El manual de cálculo lo hemos estructurado en 3 partes para facilitar su lectura y se puede acceder a cada parte de modo individual.

¿Cuál es mejor panel de 12V?

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Tutorial para el dimensionado de sistemas fotovoltaicos aislados/autónomos – Parte I

Introducción:

Hoy en día son muchos los soportes digitales que facilitan el trabajo de cálculo para todo tipo de instalaciones fotovoltaicas autónomas, introducimos los datos, pulsamos un botón y, listo, ya tenemos nuestra instalación calculada.

Ahora bien, hace mucho tiempo, una persona muy importante (mi padre) me dió un valioso consejo: “Lo importante es saber de dónde salen las cosas”. Es decir, está muy bien que un programa nos haga todo el trabajo, pero siempre saldremos ganando si sabemos el por qué de las cosas. Nos enriquecerá conceptualmente y seguramente en más de una ocasión podremos mejorar la propuesta que nos haya dado un simple software de cálculo. Ese es el objetivo de este artículo y espero que sea de su interés.

En primer lugar, antes de adentrarnos en el desarrollo del cálculo de un sistema fotovoltaico autónomo estándar, definiremos, a grandes rasgos, los equipos que componen dicho tipo de sistema.

Actualmente en España, a falta de una regulación concreta para el autoconsumo que será realidad en los próximos meses, únicamente resulta rentable la construcción de una instalación fotovoltaica autónoma en viviendas aisladas que necesiten más de 700m de tendido eléctrico para abastecerse.  Aunque esta cifra está descendiendo rápidamente gracias al abaratamiento de los componentes, sobre todo de los módulos fotovoltaicos, y pronto (se podría decir que ya mismo) será más rentable el autoconsumo fotovoltaico que la conexión a la red eléctrica, “Grid Parity”.

Información para nuestros clientes: Recordamos que disponemos de los nuevos modelos de paneles SolarWorld SW290 Mono con nueva garantía de 20 años.

Los sistemas fotovoltaicos autónomos más habituales (Fig. 1) son de poca potencia, habitualmente de entre 3 y 10 Kwp pero también nos encontramos casos muy rentables como son el bombeo de agua, alimentación de equipos de medida, de telecomunicaciones, iluminación y señalización en lugares aislados etc.

esquema básico instalación fotovoltaica autónoma


Los elementos fundamentales de un sistema fotovoltaico aislado/autónomo

  • Módulos Fotovoltaicos: Serán los encargados de la generación eléctrica. Pueden ser de varios tipos, entre ellos, los más utilizados para este tipo de instalación son los paneles con tecnología monocristalina y policristalina. Los paneles solares monocristalinos y policristalinos, con uniones en serie de sus células, rondan los 12-18 voltios para uniones de 36 células y los 24-34 voltios para uniones de 72 células. Un ejemplo es el panel solar 12V SolarWorld SW150 Poly, el panel solar de 12V de mayor calidad del mercado.

Panel solar 12V - SolarWorld SW 150 R6A Poly

Es importante fijarnos siempre en la curva I-V que proporciona cada fabricante en sus hojas técnicas y en la influencia de la temperatura en la corriente y tensión del módulo (como se muestra en la figura). El aumento de temperatura hace aumentar ligeramente la corriente y en mayor medida, disminuir la tensión de salida del módulo.

Gráfica Tensión-Corriente panel solar

  • Regulador: Se encarga de controlar la carga de las baterías, así como la descarga y evitar cargas o descargas excesivas. De un modo sencillo, un regulador se puede entender como un interruptor, cerrado y conectado en serie entre paneles y batería para el proceso de carga y abierto cuando la batería está totalmente cargada. Las intensidades máximas de entrada y salida del regulador adecuado para cada aplicación dependerán de la corriente de máxima que pueda producir el sistema de generación fotovoltaico para la entrada y la corriente máxima de las cargas para la salida. Para tener en cuenta los posibles picos de irradiancia o los cambios de temperatura, es recomendable que, a la hora de escoger el regulador, sea aquel con un 15-25% superior a la corriente de cortocircuito que le puede llegar del sistema de generación fotovoltaico (Ientrada) o bien, de la que puede consumir la carga del sistema (Isalida). La elección del regulador solar será aquel que soporte la mayor de las dos corrientes calculadas.

Reguladores/controladores de carga comercializados por SunFields: Reguladores de carga Victron

  • Baterías: Se encargan de acumular la energía eléctrica generada por el sistema de generación fotovoltaico para poder disponer de ella en las horas del día que no luzca el sol. Las más recomendadas para este tipo de instalaciones son las baterías estacionarias de plomo ácido, con vasos de 2V cada uno, que se dispondrán en serie y/o paralelo para completar los 12, 24 o 48 Vcc que sea adecuado en cada caso. Este tipo de baterías pueden permanecer largos periodos de tiempo cargadas y soportar descargas profundas esporádicamente. También se pueden usar, para instalaciones más pequeñas, baterías monoblock (o monobloque), generalmente de 6-12V.

Para definir el tamaño necesario de las baterías es necesario tener en cuenta un par de parámetros:

Profundidad de descarga máxima, qué es el nivel máximo de descarga que se le permite a la batería antes de la desconexión del regulador, para proteger la duración de la misma. Las profundidades de descarga máximas que se suelen considerar para un ciclo diario (profundidad de descarga máxima diaria) están en torno al 15-20%. Para el caso del ciclo estacional, qué es el número máximo de días que podrá una batería estar descargándose sin recibir los módulos radiación solar suficiente, están en torno a 4-10 días y un profundidad de descarga del 70% aproximadamente.

Ejemplos de baterías solares estacionarias y monobloque

En instalaciones fotovoltaicas no se buscan descargas agresivas, sino más bien progresivas, por esta razón las baterías a utilizar suelen ser con descarga de 100 horas (C100), pues cuanto más intensa es la descarga de una batería menos energía es capaz de suministrarnos. Además, se suelen especificar con tiempos de descarga de 100 horas por que al hablar de tiempos de autonomía de 5 o más días la descarga se produciría en, por ejemplo, 24 x 5 = 120h, y por defecto, se escogen entonces las 100 horas.

Baterías solares distribuidas por SunFields: Baterías monoblock Trojan y Baterías estacionarias OPZS Hoppecke

  • Inversor u Ondulador: Si las cargas que debemos alimentar son a 230Vac, necesitaremos un equipo que transforme la corriente continua procedente del regulador en corriente alterna para alimentar las cargas. Esta es la función del inversor. A la hora de dimensionar el inversor solar, se tendrá en cuenta la potencia que demanda la suma de todas las cargas AC en un instante, de este modo se elegirá un inversor cuya potencia sea un 20% superior a la demandada por las cargas, suponiendo su funcionamiento al mismo tiempo.

Inversores solares de aislada Victron

Inversores para instalaciones fotovoltaicas aisladas distribuidos por SunFields: Victron Phoenix , Victron Multiplus y Victron Quattro

El artículo continúa en ” Manual para cálculo de instalaciones fotovoltaicas autónomas – Parte II