DIMENSIONADO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO

DIMENSIONADO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO

Resumen: Los sistemas fotovoltaicos constituyen una fuente de energía confiable y económicamente viable para lugar no servidos por la red eléctrica, especialmente en sitios soleados, como es el caso en los países en tropicales.

Esta guía ofrece instrucciones básicas para el dimensionamiento de los paneles solares, el banco de baterías y el resto del hardware del sistema fotovoltaico.

Bases:

Al escoger los dispositivos necesarios para suministrar sus requerimientos de energía debe determinarse al menos:

• Tipo y número de paneles solares necesarios para capturar la energía requerida por la carga que desea alimentar (la cantidad de energía usada por la aplicación).

• Capacidad de batería requerida. El banco de baterías debe almacenar suficiente energía para alimentar la carga durante las noches y los días en que haya poca iluminación, determinando así el número de días de autonomía.

• Las características de los otros componentes (el regulador, cableado, fusibles, etc,) necesarios para la cantidad de potencia generada y almacenada.

El método que usaremos para el dimensionamiento del sistema es el llamado método del peor mes. El peor mes, es aquel que, en promedio, presenta la mayor relación entre la energía demandada y la energía disponible.

Usando este método, la confiabilidad del sistema se toma en consideración fijando el número máximo de días que el sistema puede alimentar a las cargas en ausencia de energía solar, es decir el número máximo de días de autonomía (N), que puede ser pensado como el número máximo de días nublados consecutivos, en los que los paneles no colectan una cantidad significativa de energía.

Naturalmente, es necesario un compromiso entre confiabilidad y costo, el cual dependerá de la importancia crítica de la instalación.

La siguiente tabla indica una aproximación a los días de autonomía requeridos:

Pasos en el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico:

1. Estimar la carga eléctrica (cantidad de potencia requerida).

2. Estimar el número máximo de días nublados consecutivos.

3. Estimar la capacidad de batería requerida.

4. Estimar el tipo y número de paneles requeridos.

5. Determinar los requerimientos mínimos del regulador y el cableado.

Procedimiento

1) Determinación de la carga eléctrica

La potencia consumida por un aparato eléctrico en corriente continua es el producto del voltaje y la corriente (en corriente alterna hay que multiplicar por un número adicional, el factor de potencia). La energía es el producto de la potencia por el tiempo durante el cual se consume dicha potencia. La energía se mide en joules (J), pero la unidad práctica es el Wh (vatio*hora). La carga total es la suma de todas las cargas activas en un lapso dado. La carga se expresa en W, pero si el voltaje se ha fijado de antemano es común expresar la carga en términos de corriente, y hasta la energía a veces es expresada en Ah (amperios*horas). La mayoría de los equipos de comunicaciones funcionan con corriente continua, extraída a partir de la corriente alterna de la red eléctrica por medio de una fuente de alimentación que produce los 5,12, 24 o 48 V requeridos, dependiendo del aparato.

Estas fuentes de alimentación desperdician energía, así que en un sistema fotovoltaico es mejor evitar estas fuentes y alimentar directamente a los equipos con corriente continua, En casos en los que el equipo requiera un voltaje continuo diferente al de la batería, es preferible utilizar un convertidor de DC a DC, que generalmente son más eficientes que las fuentes de alimentación comunes.

La escogencia del voltaje de operación en continua está determinada por la carga, pero normalmente se utilizan 12 V, dada la gran disponibilidad de paneles y baterías en este voltaje.

2) Estimado del número máximo de días nublados consecutivos

Para este estimado lo mejor es tratar de obtener datos climáticos locales, normalmente recolectados por diferentes organizaciones. A menudo las agencias aeronáuticas o ambientales recolectan este tipo de información, pero si esto no está disponible se puede utilizar la base de datos construída por la NASA a partir de observacionse satelitales realizadas durante los últimos 22 años. Estos datos se pueden descargar gratuitamente (luego de haberse registrado) en

http://www.eosweb.larc/nasa.gov/.

Para datos de insolación, se puede utilizar:

http://www.synergyenviron.com/resources/solar_insolation_tool.asp.

Este sitio no requiere registrarse pero es menos completo.

3) Estimado de la capacidad de batería requerida

Una vez establecido el número de días que la carga debe ser alimentada desde las baterías, podemos calcular la capacidad de batería requerida. Es importante enfatizar que las baterías nunca se deben descargar completamente.

Las baterías de ciclo profundo no deben descargarse más allá del 50%, y en caso (desaconsejado) que se tenga que utilizar baterías automotrices la descarga máxima no debe exceder del 20% (es decir, dejar el 80% de la carga en la batería). Esto significa que solo podremos usar la mitad de la capacidad total de una batería de ciclo profundo y apenas un quinto de una batería de automóvil o camión.

4) Estimado del tipo y número de paneles fotovoltaicos requeridos.

El próximo paso es calcular

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