¿Diseñar y montar un sistema fotovoltaico?

Diseño y montaje de programas fotovoltaicos

En la actualidad, nuestro mundo moderno necesita energía para numerosas funciones diarias, como la fabricación industrial, la calefacción, el transporte, la agricultura, las funciones de iluminación, etc. La mayor parte de nuestras necesidades energéticas suelen satisfacerse con fuentes de energía no renovables, como el carbón, el petróleo crudo, el combustible puro, etc. Sin embargo, el uso de estas fuentes ha supuesto una fuerte influencia para nuestro medio ambiente.

Además, este tipo de recurso de energía útil no debería estar distribuido uniformemente en la tierra. Existe una incertidumbre de costes en el mercado similar a la del petróleo crudo, porque depende de su fabricación y extracción de sus reservas. Debido a la restringida disponibilidad de fuentes no renovables, la demanda de fuentes renovables ha crecido últimamente.

La energía fotovoltaica ha estado en el punto de mira de las fuentes de energía renovables. Está disponible en un tipo considerable y tiene el potencial de satisfacer todas las necesidades energéticas de nuestro planeta. El sistema fotovoltaico autónomo, tal y como se muestra en la figura 1, es sin duda uno de los enfoques para satisfacer nuestra necesidad de energía no sesgada de la compañía eléctrica. Por ello, a continuación veremos brevemente la planificación, el diseño y el montaje de una instalación fotovoltaica autónoma para la tecnología de la energía eléctrica.

Planificar una instalación fotovoltaica autónoma

Evaluación del emplazamiento, estudio y evaluación de los recursos energéticos fotovoltaicos útiles:

Dado que la producción generada por el sistema fotovoltaico varía considerablemente en función de las condiciones meteorológicas y de la ubicación geográfica, es de suma importancia elegir bien la ubicación de la instalación fotovoltaica autónoma. Por tanto, hay que pensar en los siguientes factores para la evaluación y elección de las zonas para la instalación.

1. Sombra mínima: Tienes que asegurarte de que el lugar elegido, tanto el tejado como el suelo, no tenga ninguna sombra o no tenga ninguna construcción que intercepte la radiación fotovoltaica que incide sobre los paneles que se van a colocar. Además, asegúrate de que no hay un desarrollo estructural rápido alrededor de la erección que pueda desencadenar el problema de la sombra.
2. Espacio en el suelo: Debe identificarse la superficie del emplazamiento en el que se pretende realizar la instalación fotovoltaica, para tener una estimación de la escala y variedad de paneles necesarios para generar la potencia requerida para la carga. Además, esto ayuda a planificar la configuración del inversor, los convertidores y los bancos de baterías.
3. Techo: En el caso del tejado hay que identificar el tipo de tejado y su construcción. En el caso de los tejados inclinados, hay que identificar el ángulo de inclinación y utilizar el montaje obligatorio para que los paneles tengan incidencias adicionales de radiación fotovoltaica, es decir, lo ideal es que el ángulo de radiación sea perpendicular al panel fotovoltaico y prácticamente tan cerrado como 90 niveles.
4. Rutas: Las posibles rutas de cables para un inversor, una entidad financiera de baterías, un controlador de costes y un conjunto fotovoltaico tienen que ser deliberadas de manera que puedan tener una utilización mínima de cables y disminuir la caída de tensión en los mismos. El diseñador debe elegir entre la eficiencia y el precio del sistema.

Para estimar la potencia de salida, la evaluación de la potencia fotovoltaica del sitio elegido es de suma importancia. El aislamiento se perfila porque la medición de la energía solar adquirida en un espacio determinado durante un periodo de tiempo. Encontrarás esta información utilizando un pirómetro, pero no es obligatorio, ya que encontrarás la información sobre la insolación en la estación meteorológica más cercana. Al evaluar la potencia fotovoltaica, la información puede medirse por dos métodos, a saber

• Kilovatios-hora por metro cuadrado y día (KWh/m²/día): Es una cantidad de energía medida en kilovatios-hora, que cae sobre un metro cuadrado al día.
• Cada día las horas solares máximas (PSH): Rango de horas en un día en el que la irradiación tiene un promedio de 1000 W/m².

Las horas de máxima actividad solar se utilizan principalmente para simplificar los cálculos. No te confundas con el "Implica horas de sol" e "Horas de máxima actividad solar" que adquirirías en la estación meteorológica. Las "horas de sol implícitas" se refieren a la variedad de horas de luz solar porque "las horas solares máximas" son la cantidad precisa de energía adquirida en KWh/m²/día. Entre todos los meses durante un intervalo de 12 meses, utilizar el fondo implica cada día de insolación, ya que debería garantizar que el sistema funcione de forma más fiable cuando el sol sea menor debido a circunstancias meteorológicas inadecuadas.

Cuestiones relativas al sistema fotovoltaico autónomo

Cálculo de la demanda de energía

La escala del sistema fotovoltaico autónomo depende de la demanda de carga. La carga y su rango de tiempo de trabajo para varios equipos domésticos, por lo que hay que tener especial cuidado en los cálculos de la demanda de energía. El consumo de energía de la carga se puede decidir multiplicando la potencia de la instalación (W) de la carga por su rango de horas de funcionamiento. Así, la unidad puede escribirse como vatio × hora o simplemente Wh.

Consumo de energía en vatios-hora = Potencia energética en vatios × Duración del funcionamiento en horas.

Así, cada día se calcula toda la demanda energética en Wh, incluyendo la demanda de carga personal de cada equipo por día.

Demanda de energía total en vatios-hora = ∑ (Clasificación de la energía en vatios × Duración del funcionamiento en horas).

Un sistema debe diseñarse para la peor situación posible, es decir, para el día en que la demanda de energía es mayor. Un sistema diseñado para la mejor demanda tendrá la seguridad de que el sistema es fiable. Si el sistema satisface la demanda de carga en altura, debe satisfacer la demanda desde abajo. Sin embargo, diseñar el sistema para la mejor demanda aumentará el precio total del sistema. Sin embargo, el sistema debe utilizarse plenamente sólo en los picos de demanda. Por tanto, tenemos que decidir entre el precio y la fiabilidad del sistema.

Puntuación del inversor y del convertidor (controlador de costes)

Para seleccionar el mejor inversor, cada uno debe especificar la tensión de entrada y salida y la potencia actual. La tensión de salida del inversor viene especificada por la carga del sistema, debe ser capaz de manejar la carga actual y la carga actual extraída de la entidad financiera de la batería. En función de toda la carga conectada al sistema, se puede especificar la potencia nominal del inversor.

Tendremos en cuenta 2,5 kVA en nuestro caso, por lo que hay que elegir en el mercado un inversor capaz de tratar la energía con una medida del 20-30% mayor que la instalación que opera la carga. En el caso de la carga del motor, debe ser de 3 a 5 veces mayor que la demanda de la instalación de dicho equipo. En el caso del convertidor, el controlador de costes está clasificado en la actualidad y en la tensión. Su potencia actual se calcula a partir de la potencia de cortocircuito del módulo fotovoltaico. El valor de la tensión es idéntico porque la tensión nominal de las baterías.

Tamaño del convertidor y del controlador de costes

El rango del controlador de costes debe ser del 125% del circuito rápido del panel fotovoltaico presente. En otras palabras, debe ser un 25% mayor que el circuito rápido presente en el panel fotovoltaico.

Medición del controlador de costes fotovoltaicos en amperios = circuito rápido fotovoltaico presente × 1,25 (cuestión de seguridad).

Por ejemplo, queremos 6 números en cada uno de los paneles fotovoltaicos de 160 W de nuestro sistema. La siguiente es la fecha asociada al panel fotovoltaico.

Supongamos que las especificaciones de los módulos fotovoltaicos coinciden.

• P_M = 160 W_Pico
• V_M = 17.9 V_DC
• I_M = 8.9 A
• V_OC = 21.4 A
• I_SC = 10 A

La potencia necesaria del controlador de costes fotovoltaicos es = (4 paneles x 10 A) x 1,25 = 50 A

Ahora se necesita un controlador de costes de 50 A para la configuración del sistema de 12 V CC.

Palabra: Esta redacción no debería ser relevante en los cargadores fotovoltaicos MPPT. Consulta la guía del consumidor o examina la información sobre la potencia en la placa de características para conocer el tamaño correcto.

Dimensionamiento del inversor

La escala del inversor debe ser un 25% mayor que la carga total, debido a las pérdidas y a la disminución de la eficacia del inversor. En otras palabras, debe tener un valor nominal del 125% de la carga total requerida en vatios. Por ejemplo, si la potencia necesaria es de 2400 W, la escala del inversor debe ser mayor:

2400W x 125%

2400W x 1,25

3000 Vatios.

Así que nos gustaría tener un inversor de 3kW en caso de una carga de 2400W.

Cada día de energía suministrada al inversor

Permite tener en cuenta en nuestro caso que el consumo diario de energía de la carga es de 2700 Wh. Se dice que el inversor tiene su eficiencia, por lo que la potencia dotada al inversor debe ser mayor que la potencia utilizada por la carga, para poder compensar las pérdidas dentro del inversor. Suponiendo una eficiencia del 90% en nuestro caso, la potencia total que la batería proporciona al inversor puede darse como

La energía aportada por la batería al inversor entra = 2700 / 0,90 = 3000 Wh/día.

Tensión del sistema

La tensión de entrada del inversor se conoce como tensión del sistema. Además, es la tensión general de la batería. Esta tensión técnica viene determinada por la tensión de la batería de la persona elegida, la línea presente, la caída de tensión más admisible y la pérdida de potencia dentro del cable. A menudo, la tensión de la batería es de 12 V, al igual que la tensión del sistema. Pero cuando queramos un voltaje mayor, debe ser múltiplo de 12 V, es decir, 12 V, 24 V, 36 V, etc.

Al reducir el presente, se puede disminuir la pérdida de potencia y la caída de tensión dentro del cable, lo que se puede ejecutar aumentando la tensión del sistema. Esto puede aumentar la variedad de pilas dentro de la colección. Debido a este hecho, hay que seleccionar entre la pérdida de potencia y la tensión del sistema. Ahora para nuestro caso nos permite tener en cuenta la tensión del sistema de 24 V.

Dimensionamiento de las baterías

A la hora de dimensionar la batería, hay que tener en cuenta algunos parámetros

1. Profundidad de descarga (DOD) de la batería.
2. Tensión y capacidad en amperios-hora (Ah) de la batería.
3. La variedad de días de autonomía (es la variedad de días necesarios para alimentar todo el sistema (energía de reserva) con paneles fotovoltaicos en el caso de días con sombra total o días húmedos. Cubriremos esta mitad en nuestro próximo artículo) para obtener los Ah de capacidad deseados de las baterías.

Nos permite tener en cuenta que tenemos baterías de 12 V y 100 Ah con DOD del 70%. Por tanto, la capacidad utilizable del DOD es de 100 Ah × 0,70 = 70 Ah. Debido a este hecho, la capacidad de carga que se requiere se define como sigue;

Capacidad de coste requerida = energía equipada por la batería para la entrada del inversor/tensión del sistema

Capacidad de coste requerida = 3000 Wh/ 24 V = 125 Ah

A partir de esto, se puede calcular el alcance de las pilas necesarias como

Número de pilas necesarias = Capacidad de coste necesaria / (100 × 0,7)

Número de baterías necesarias = 125 Ah / (100 × 0,7) = 1,78 (desconexión esférica 2 baterías)

Por tanto, se necesitan 2 baterías de 12 V y 100 Ah. Sin embargo, debido a los 140 Ah esféricos como reemplazo se necesitan 125 Ah.

Coste de la capacidad necesaria = 2 × 100Ah × 0,7 = 140 Ah

Debido a este hecho, dos baterías de 12 V y 100 Ah en paralelo para satisfacer la capacidad de coste mencionada. Sin embargo, como la batería de la persona es de 12 V y 100 Ah solamente y el requisito de tensión del sistema es de 24 V, tenemos que unir dos baterías en la colección para obtener la tensión del sistema de 24 V, como se demuestra en la determinación 2 siguiente:

Así que en total habrá 4 baterías de 12 V y 100 Ah. Dos conectados en colección y dos conectados en paralelo.

Además, la capacidad requerida de las pilas se puede averiguar mediante la siguiente formulación.

Dimensionamiento de los conjuntos fotovoltaicos

Los módulos fotovoltaicos de diferentes tamaños que se pueden obtener producen un grado único de energía de salida. Uno de los métodos vitales más frecuentes para decidir el dimensionamiento de los conjuntos fotovoltaicos es utilizar la parte inferior de la pantalla, lo que implica cada día una insolación (irradiación fotovoltaica) en las horas de máxima intensidad solar, de la siguiente manera

Dimensionamiento de todo el conjunto fotovoltaico (W) = (Demanda de energía por día de una carga (Wh) / T_PH) × 1.25

El lugar T_PH es el fondo de cada hora solar del día pico común de un mes para 12 meses y 1,25 es el problema de la escala. Con ello, la gama de módulos fotovoltaicos N_módulos requerida puede ser decidida como;

N_módulos = Medición total del conjunto fotovoltaico (W) / Clasificación de los paneles elegidos en el pico de agua.

Supongamos que, en nuestro caso, la carga es de 3000 Wh/día. Para conocer el total de W_Pico de un panel fotovoltaico, utilizamos la edición PFG, es decir

Todos los W_Pico de la capacidad del panel PV = 3000 / 3.2 (PFG)

= 931 W_Pico

Ahora, el rango requerido de paneles FV es = 931 / 160W = 5,8.

Por lo tanto, querríamos 6 números de paneles fotovoltaicos, cada uno con una potencia de 160W. Encontrarás la variedad exacta de paneles fotovoltaicos dividiendo los W_Pico por diferentes potencias, es decir, 100W, 120W 150W y así sucesivamente, basándose principalmente en el suministro.

Palabrael valor de PFG (Edición de la Era del Panel) varía (debido a las modificaciones locales del clima y la temperatura) en numerosas zonas, por ejemplo, PFG en EE.UU. = 3,22, UE = 293, Tailandia = 3,43, etc.

Además, hay que pensar en las pérdidas adicionales para buscar la cuestión precisa de la tecnología del panel (PGF). Estas pérdidas (en %) se producen debido a :

• La luz del día no cuelga directamente del panel fotovoltaico (5%)
• No recibir la potencia al nivel más energético (excluido en el caso del controlador de costes MPPT). (10%)
• Suciedad en los paneles fotovoltaicos (5%)
• Paneles fotovoltaicos envejecidos y sin especificaciones (10%)
• Temperatura superior a 25°C (15%)

Los asociados colocan paneles fotovoltaicos y ¿qué tipo de panel fotovoltaico es el más grande?

Dimensionamiento de los cables

El dimensionamiento de los cables depende de muchos elementos similares a la mayoría de las capacidades de transporte de corriente. Debe tener una caída de tensión mínima y tener unas pérdidas resistivas mínimas. Como los cables pueden colocarse en el exterior, deben ser resistentes al agua y a los rayos ultravioleta.

El cable debe comportarse con una caída de tensión mínima, a veces inferior al 2%, ya que existe un problema de caída de tensión en el sistema de baja tensión. El subdimensionamiento de los cables acabará en una pérdida de potencia y, por lo general, puede incluso provocar accidentes, mientras que el sobredimensionamiento no debe ser económicamente barato. El espacio de la sección transversal del cable viene dado por

A = (ρI_ML / V_D) × 2

El lugar

• ρ es la resistividad de los materiales del hilo conductor (ohmios-metros).
• L es el tamaño de un cable.
• V_D es la máxima caída de tensión permitida.
• I_M es la corriente máxima transportada por el cable.

Además, puedes utilizar este cable y esta calculadora de medidas de cables. Además, utiliza un disyuntor del tamaño adecuado y enchufes e interruptores homologados.

Veamos un ejemplo resuelto para el caso anterior.

Instancia:

Supongamos que tenemos la siguiente carga eléctrica en vatios en el lugar en el que nos gustaría tener un sistema de paneles fotovoltaicos de 12V y 120W diseñado y montado.

• Una lámpara LED de 40W durante 12 horas al día.
• Una nevera de 80W para 8 horas al día.
• Un ventilador de corriente continua de 60 W durante seis horas al día.

Ahora vamos a averiguar la variedad de paneles fotovoltaicos, la clasificación y el tamaño del controlador de costes, el inversor y las baterías, etc.

Descubrir toda la carga

Carga total en Wh / día

= (40W x 12 horas) + (80W x 8 horas) + (60W x 6 horas)

= 1480 Wh / por día

La tensión requerida por el sistema de paneles fotovoltaicos

= 1480 Wh x 1,3 ... (1.3 es la pregunta que se utiliza para el poder erróneo dentro del sistema)

= 1924 Wh/día

Descubrir la medida y el número de paneles fotovoltaicos

W_Pico Capacidad de los paneles fotovoltaicos

= 1924 Wh /3,2

= 601.25 W_Pico

Número de paneles fotovoltaicos necesarios

= 601.25 / 120W

Número de paneles fotovoltaicos = 5 módulos de paneles fotovoltaicos

De esta manera, los 5 paneles fotovoltaicos de 120W cada uno conseguirán alimentar nuestras necesidades de carga.

Averigua la clasificación y medición del inversor

Como sólo hay masas de CA en nuestro sistema durante un tiempo determinado (es decir, no hay carga de CC adicional y directa conectada a las baterías) y toda la energía que necesitamos es:

= 40W + 80W + 60W

= 180W

Ahora bien, la clasificación del inversor debe ser un 25% superior a la carga total debido a las pérdidas en el interior del inversor.

= 180W x 2,5

Clasificación y medición del inversor = 225W

Mensajes asociados:

Averigua la medida, la clasificación y el número de pilas

Nuestra potencia de carga y el tiempo de funcionamiento en horas

= (40W x 12 horas) + (80W x 8 horas) + (60W x 6 horas)

Tensión nominal de la batería de ciclo profundo = 12V

Días de Autonomía Requerida (Alimentación por baterías con la energía del panel fotovoltaico agotada) = 2 días.

[(40W x 12 hours) + (80W x 8 hours) + (60W x 6 hours) / (0.85 x 0.6 x 12V)] x 2 días

Capacidad necesaria de la batería en amperios-hora = 483,6 Ah

Así, nos gustaría tener una batería de 12V y 500Ah de capacidad para dos días de autonomía.

En este caso, podemos utilizar 4 baterías de 12V y 125Ah conectadas en paralelo.

Si la capacidad de la batería obtenida es de 175Ah, 12 V, podemos utilizar 3 tipos de baterías. Es posible que puedas obtén la variedad precisa de baterías dividiendo la capacidad de la batería requerida en amperios-hora por la clasificación Ah de las baterías disponibles.

Variedad necesaria de baterías = Capacidad de la batería requerida en Amperios-hora / Ah de las baterías existentes

Descubre la clasificación y medición de los controladores de costes fotovoltaicos

El controlador de costes debe ser un 125% (o un 25% mayor) que el actual circuito rápido del panel fotovoltaico.

Medición del controlador de costes fotovoltaicos en amperios = Circuito rápido fotovoltaico actual × 1,25

Especificación del módulo FV

• P_M = 120 W_Pico
• V_M = 15.9 V_DC
• I_M = 7.5 A
• V_OC = 19.4 A
• I_SC = 8.8 A

La potencia necesaria del controlador de costes fotovoltaicos es = (5 paneles x 8,8 A) x 1,25 = 44 A

Así que debes utilizar el controlador de coste más próximo, que es de 45A.

Se dice que esta técnica no puede utilizarse para buscar la medición precisa de los cargadores fotovoltaicos MPPT. Consulta la guía del consumidor ofrecida por el fabricante o consulta la clasificación de la placa impresa en ella.

Descubrir la ampacidad de los cables, interruptores y enchufes

Utiliza los siguientes instrumentos y postes explicativos con gráficos para buscar el amperaje exacto de alambres y cables, interruptores y enchufes y disyuntores.

Conclusión

El sistema fotovoltaico autónomo es un método maravilloso para aprovechar al máximo la energía ecológica disponible de la energía solar. Su diseño y configuración son útiles y fiables para las necesidades de energía a pequeña, mediana y gran escala. Un sistema de este tipo permite el suministro de energía en prácticamente cualquier lugar del planeta, especialmente en zonas remotas. Hace que el cliente de energía eléctrica sea imparcial con respecto a la compañía eléctrica y a otras fuentes de energía similares al carbón, al combustible puro, etc.

Un sistema de este tipo no puede tener ninguna influencia perjudicial en nuestro entorno y puede presentar energía durante largos intervalos después de su instalación. El diseño y la configuración sistemática anteriores presentan consejos útiles para nuestro deseo de poder claro y sostenible dentro del mundo de la moda.

• Por: M. Phansopkar
• Actualizado por: Experimento eléctrico

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