Diseño Instalación Solar Fotovoltaica aislada de Red (parte 1)

Bienvenidos,

en esta ocasión explicaremos los cálculos para el diseño de una instalación solar fotovoltaica aislada de la red, para abastecer de suministro eléctrico a una vivienda rural.

Para los cálculos de diseño hemos cogido las siguientes condiciones, la casa se va a utilizar de lunes a jueves (4dias) y durante los meses de noviembre, diciembre, enero, febrero y marzo.

Estas condiciones las hemos cogido para que podáis ver cómo afectan a nuestro diseño de la instalación fotovoltaica y también para que Vds. puedan modificarlas según sus preferencias.

La casa dispone de un terreno adosado a la misma, con superficie suficiente para albergar una pequeña instalación solar fotovoltaica aislada.

Os informamos que para los cálculos es importante conocer y utilizar el programa PVGIS, que la Unión Europea pone a disposición.

La vivienda está situada a las afueras de Elche, la situamos según localización mostrada en la siguiente imagen del programa PVGIS:

diseño instalacion fotovoltaica aislada de red ubicacion PVGIS pag 2

Los requerimientos de consumo eléctrico de la vivienda son los siguientes:

diseño instalacion fotovoltaica aislada de red tabla 1 pag 3

Primero determinamos el consumo energético diario en Wh, según la demanda energética de la vivienda, para ello multiplicamos las unidades de consumo por la potencia de cada unidad, obteniendo el consumo total según descripción.

A estas potencias totales según descripción le multiplicamos las horas al día que están en marcha, y obtenemos la potencia hora que requiere la vivienda en un día.

diseño instalacion fotovoltaica aislada de red tabla 2 pag 3

Nuestro consumo energético medio diario ED  es 4.794 Wh = 4,8 kWh al día.

Debemos considerar el Rendimiento energético de la instalación-“Performance rate” PR.

Es muy útil acudir al “Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Aisladas de Red” del IDAE.

En el Anexo I “dimensionado del sistema fotovoltaico”  acudimos al apartado II de las definiciones, al punto 2.8.

Eficiencia de la instalación en condiciones reales de trabajo para el período de diseño, de acuerdo con la ecuación:

diseño instalacion fotovoltaica aislada de red formula PR pag 4

GCEM  = 1 kW/m

Pmp : Potencia pico del generador (kWp)

ED: Consumo expresado en kWh/día.

Este factor considera las pérdidas en la eficiencia energética debido a:

– La temperatura.

– El cableado.

– Las pérdidas por dispersión de parámetros y suciedad.

– Las pérdidas por errores en el seguimiento del punto de máxima potencia.

– La eficiencia energética, 0rb, de otros elementos en operación como el regulador, batería, etc.

– La eficiencia energética del inversor, 0inv

– Otros.

Valores típicos son, en sistemas con inversor, PR≈0,7 y en sistemas con inversor y batería, PR≈0,6.

A efectos de cálculo y por simplicidad, se utilizarán en sistemas con inversor PR=0,7 y en sistemas con inversor y batería PR=0,6. Si se utilizase otro valor de PR, debería justificarse el valor elegido desglosando los diferentes factores de pérdidas utilizados para su estimación.

Nuestra situación es instalación con inversor y baterías, con lo que PR=0,6.

Tras saber la potencia eléctrica que demanda nuestra vivienda, ahora tenemos que determinar el ángulo de inclinación de los módulos según la ubicación y periodo utilización.

En el pliego de condiciones técnicas del IDAE, que anteriormente hemos citado, en el Anexo I, dimensionado del sistema fotovoltaico, su apartado II dimensionado del sistema, en el punto 3 de Procedimiento, puntos 3.1 y 3.2, nos especifica cuáles son los mejores ángulos de inclinación dependiendo de nuestra ubicación y periodo de utilización.

Se establecerá un período de diseño para calcular el dimensionado del generador fotovoltaico en función de las necesidades de consumo y la radiación. Se indicará cuál es el período para el que se realiza el diseño y los motivos de la elección.

Algunos ejemplos son:

– En escenarios de consumo constante a lo largo de todo el año, el criterio de “mes peor” corresponde con el de menor radiación.

– Para maximizar la producción anual, se suele coger como período de diseño, todo el año.

– En instalaciones de bombeo, dependiendo de la localidad y disponibilidad de agua, el “mes peor” corresponde a veces con el verano.

Se determinará la orientación e inclinación óptimas ( α= 0°, βopt) para el período de diseño elegido. En la tabla III se presentan períodos de diseño habituales y la correspondiente inclinación (β ) del generador que hace que la colección de energía sea máxima.

diseño instalacion fotovoltaica aislada de red tabla inclinacion optima IDAE pag 5

Nuestra instalación solar fotovoltaica es para suministrar alimentación eléctrica los meses de invierno, con lo que deberemos coger nuestra latitud de ubicación 38° y aumentar en 10 grados, por lo que se recomienda una inclinación de 48°, que será nuestra dato de partida.

Nuestro objetivo será encontrar el mejor ángulo de inclinación que nos permita obtener la mayor radiación durante los meses de noviembre a marzo. Para los cálculos cogeremos el mes de peor radiación, que corresponderá a la situación más desfavorable.

Acudimos a PVGIS para determinar la inclinación mas optima y también el valor medio mensual de la irradiación diaria sobre el plano del generador fotovoltaico en kWh/m2 por día, Gdm(α,β).

A continuación veremos los valores de PVGIS de los ángulos de 48º, 50º y 55º, aunque para los cálculos también hemos cogido los valores de irradiación para los ángulos de 40º, 45º y 60º.

diseño instalacion fotovoltaica aislada de red tabla PVGIS 1

diseño instalacion fotovoltaica aislada de red tabla PVGIS 2

diseño instalacion fotovoltaica aislada de red tabla PVGIS 3

Con los datos obtenidos en PVGIS tenemos:

diseño instalacion fotovoltaica aislada de red tabla valores irradacion pag 8

Según los valores obtenidos, sería conveniente instalar los módulos con un ángulo de 55° o 50°.

El mayor promedio en los meses de diseño es con un ángulo de 55º, pero si optamos por un ángulo menor de 50º tendremos en cuenta el mínimo valor de la irradiación mensual, con muy poca diferencia entre los valores promedio (sólo 30), y además también favorecemos la generación en verano en caso de necesidad, al tener un ángulo menor.

Ahora ya disponemos de ángulo de inclinación y la potencia que demanda la vivienda, en el siguiente publicación seguiremos con el cálculo de la potencia pico de los módulos fotovoltaicos y determinaremos qué módulos coger, sin olvidar la configuración de las baterías.

Gracias por vuestra atención.

Saludos.

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