2. Energa solar fotovoltaica. 2.1. La energa solar fotovoltaica.

La conversin fotovoltaica se basa en el efecto fotovoltaico, es decir, en la conversin de la energa lumnica proveniente del sol en energa elctrica. Para llevar a cabo esta conversin se utilizan unos dispositivos denominados clulas solares, constituidos por materiales semiconductores.

La tecnologa fotovoltaica fue desarrollada a finales de los aos 50 como parte

de los programas espaciales, con la finalidad de desarrollar una fuente de

energa econmica e inagotable. Gracias al descenso de los costes y a la mejora

del rendimiento, los sistemas fotovoltaicos han extendido su utilizacin a

numerosas aplicaciones.

La transformacin directa de la energa solar en electricidad mediante la

conversin fotovoltaica presenta ventajas claras dada su sencillez,

modularidad, fiabilidad y operatividad. Ello hace que su campo de aplicacin

sea muy amplio: desde la utilizacin en productos de consumo, como relojes y

calculadoras, hasta la electrificacin de viviendas aisladas o pequeas

comunidades de vecinos, pasando por las sealizaciones terrestres y martimas,

las comunicaciones o el alumbrado pblico. La tecnologa disponible en la

actualidad hace que las instalaciones fotovoltaicas tengan un inters y una

rentabilidad especiales en aquellos lugares alejados de la red elctrica, de

manera que en muchos casos constituyen la mejor opcin en trminos

econmicos, de operatividad y de fiabilidad de suministro.

Los usuarios de las instalaciones fotovoltaicas autnomas tienen que gestionar

un sistema de generacin, acumulacin y transformacin de la energa elctrica,

por lo que deben comprender sus caractersticas, posibilidades y limitaciones, y

participar, aunque sea mnimamente en su funcionamiento.

El comportamiento del usuario junto con el dimensionamiento adecuado de los

equipos y un correcto mantenimiento determina fuertemente el rendimiento de la

instalacin, el buen servicio y la larga vida.

2.2. Aplicaciones. En una primera gran divisin las instalaciones fotovolticas se pueden clasificar

en dos grandes grupos:

Instalaciones aisladas de la red elctrica

Instalaciones conectadas a la red elctrica

En el primer tipo, la energa generada a partir de la conversin fotovoltaica se

utiliza para cubrir pequeos consumos elctricos en el mismo lugar donde se

produce la demanda.

Es el caso de aplicaciones como la electrificacin de:

Viviendas alejadas de la red elctrica convencional, bsicamente electrificacin rural.

Servicios y alumbrado pblico: iluminacin pblica mediante farolas autnomas de parques, calles, monumentos, paradas de

autobuses, refugios de montaa, alumbrado de vallas publicitarias, etc.

Con la alimentacin fotovoltaica de luminarias se evita la realizacin de

zanjas, canalizaciones, necesidad de adquirir derechos de paso, conexin

a red elctrica, etc.

Aplicaciones agrcolas y de ganado: bombeo de agua, sistemas de riego, iluminacin de invernaderos y granjas, suministro a sistemas de

ordeo, refrigeracin, depuracin de aguas, etc.

Sealizacin y comunicaciones: navegacin area (seales de altura, sealizacin de pistas) y martima (faros, boyas), sealizacin de

carreteras, vas de ferrocarril, etc.).

En cuanto a las instalaciones conectadas a la red se pueden encontrar dos

casos:

Centrales fotovolticas, en las que la energa elctrica generada se entrega directamente a la red elctrica, como en otra central convencional

de generacin elctrica.

Sistemas fotovolticos en edificios o industrias, conectados a la red elctrica, en los que una parte de la energa generada se invierte en

el mismo autoconsumo del edificio, mientras que la energa excedente se

entrega a la red elctrica.

Tambin es posible entregar toda la energa a la red; el usuario recibir

entonces la energa elctrica de la red, de la misma manera que cualquier otro

abonado al suministro.

Los mdulos fotovolticos utilizados en estos casos son los mismos que los

empleados para instalaciones aisladas de la red; la diferencia fundamental

radica en los tipos de convertidores utilizados. Adems, las instalaciones

conectadas a la red no incluyen bateras ni por lo tanto, reguladores.

Por ltimo se encuentran las denominadas aplicaciones singulares: satlites

artificiales y aplicaciones espaciales, objetos de bolsillo, relojes, calculadoras,

neveras porttiles para el transporte de vacunas a zonas aisladas del Tercer

Mundo, produccin de hidrgeno, alimentacin de vehculos elctricos,

oxigenacin de aguas, cloracin de aguas (una pequea bomba conectada a un

depsito de hipoclorito sdico, proteccin catdica de infraestructuras metlicas

(gaseoductos, por ejemplo), etc.

En relacin a las aplicaciones conectadas a la red en edificios, el hecho ms

significativo es el desarrollo de un tipo de mdulos solares con diferentes grados

de transparencia, que pueden ser integrados en fachadas y cubiertas de

edificios y que generan energa elctrica. Adems al permitir la penetracin de

la luz en el edificio, los mdulos ayudan tambin a cubrir una parte de las

necesidades trmicas del inmueble.

2.3. Elementos de un sistema fotovoltaico.

Un sistema fotovoltaico es el conjunto de elementos que son capaces de realizar

el suministro de electricidad para cubrir las necesidades planteadas a partir de

la energa procedente del sol.

Para que una instalacin solar fotovoltaica funcione correctamente y tenga una

elevada fiabilidad de suministro y durabilidad tiene que estar constituida por

un conjunto de componentes bsicos: placas fotovoltaicas, regulador, bateras

elctricas e inversor Adems de estos subsistemas, las instalaciones

fotovoltaicas incluyen otros equipamientos como pueden ser el cableado o los

sistemas de proteccin y, por supuesto, los elementos de consumo de la energa

obtenida, denominados tambin cargas.

Ilustracin 2: Subsistemas esenciales de un sistema fotovoltaico DC y AC.

Los usuarios deben ser conscientes de las limitaciones que existen en las

disponibilidades de energa. La energa disponible no es ilimitada, por lo que no

debe usarse innecesariamente. Hay que tratar de consumir en lo posible

coincidiendo con los momentos de mayor insolacin y ser especialmente

cuidadoso en las pocas de menor insolacin, desconectando los consumos

cuando no se usen, aplicando medidas de ahorro energtico, etc. Por ejemplo, no

son recomendable los elementos calefactores resistivos (planchas, cafeteras,

etc.).

2.3.1. Generacin de electricidad: Las clulas y los paneles fotovoltaicos.

2.3.1.1. Las clulas solares.

Como se ha indicado, se realiza la conversin de la energa lumnica proveniente

del sol en energa elctrica. Para ello se utilizan unos dispositivos denominados

clulas solares, constituidos por materiales semiconductores Cuando se expone

una clula solar a la luz del sol se hace posible la circulacin de electrones y la

aparicin de corriente elctrica entre las dos caras de la clula.

Ilustracin 3: Tipos de celdas fotovoltaicas.

El material ms empleado es el silicio (monocristalino, policristalino o amorfo),

aunque tambin existen materiales alternativos al Sicilio. Unos son ms baratos

de obtener o requieren menos material aunque con menor eficiencia de

conversin y otros por el contrario ms caros pero de mejores eficiencias.

Si vara la iluminacin, la corriente de la clula vara proporcionalmente, en

tanto que la tensin se mantiene casi invariable. Es decir, una misma clula

proporciona valores diferentes de potencia al variar la intensidad de radiacin

que recibe. Por este motivo, normalmente la potencia nominal de las clulas se

mide en vatios-pico (Wp), que es la potencia que puede proporcionar la clula

con una intensidad de radiacin constante de 1000 W/m2 y una temperatura de

la clula de 25 C.

2.3.1.2. Paneles fotovoltaicos. Para obtener potencias utilizables en aparatos de mediana potencia, hay que

unir un cierto nmero de clulas con la finalidad de obtener la tensin y la

corriente requeridas. A modo de ejemplo, si se desea obtener ms tensin hay

que conectar varias clulas en serie. Conectando 36 (dimensiones normales, 7.6

cm de dimetro) se obtienen 18 V, tensin suficiente para hacer funcionar

equipos a 12V, incluso con iluminaciones mucho menores de 1kW/m2.

Un panel solar est formado por varias clulas iguales conectadas en serie y

paralelo, de forma que la tensin y la corriente suministrada por el panel se

incrementen hasta ajustarse al valor deseado Otros elementos hacen posible la

proteccin del conjunto frente a agentes exteriores, aseguran una rigidez

suficiente, posibilitando la sujecin a las estructuras que lo soportan y permiten

la conexin elctrica. Estos son la cubierta exterior de vidrio, la proteccin

posterior, el encapsulante entre ambas, el marco metlico y las bornas de

conexin.

Ilustracin 4: Mdulos fotovoltaicos.

Normalmente los paneles utilizados estn diseados para trabajar en

combinacin con bateras de tensiones mltiplo de 12 V y tienen entre 28 y 40

clulas, aunque lo ms tpico es que cuenten con 36. La superficie del mdulo

puede variar entre 0.1 y 0.5 m2 y presenta dos bornas de salida (positiva y

negativa) y, a veces, alguna intermedia para colocar los diodos de proteccin. El

comportamiento y las caractersticas elctricas del mdulo fotovoltaico vienen

determinados por la curva tensin-intensidad (V-I) del panel. Adems de hablar

de la potencia pico del mdulo, es necesario especificar ciertos parmetros de

dicha curva caracterstica con el fin de evaluar el tipo de mdulo mejor adaptado

a la aplicacin de que se trate. Estas caractersticas del panel estn definidas

para unas condiciones estndar de medida, las cuales vienen determinadas por

el nivel de irradiacin (1 kW/m2), la temperatura (25C) y la distribucin

espectral de la radiacin incidente (A.M. 1.5, que es la cantidad de masa de aire

que tiene que atravesar un rayo de sol). En la figura se muestra la curva de

caractersticas de un panel fotovoltaico.

Grfico 1: Principales curvas caractersticas de un panel solar.

Si se cortocircuitan los terminales del panel (V=0), a travs del circuito circular

una intensidad de corriente mxima (Isc) denominada corriente de cortocircuito.

Al dejar los terminales del panel en circuito abierto (I=0), entre ellos aparece una

tensin mxima (Voc) llamada tensin de circuito abierto.

Si se conecta una carga elctrica al panel, el punto de trabajo vendr

determinado por la corriente I y la tensin V existentes en el circuito. Estos

valores tendrn que ser menores que Isc y Voc. La potencia (P) que el panel

entrega a la carga est determinada por P = V I. Este producto ha sido

representado por una lnea en la figura en funcin de la tensin (V). A su valor

ms alto se le denomina potencia mxima (Pmax) o, ms comnmente, potencia

pico. Los valores de la corriente y tensin correspondientes a este punto se

conocen, respectivamente, como corriente en el punto de mxima potencia (Ipmax)

y tensin en el punto de mxima potencia (Vpmax).

La corriente de cortocircuito aumenta con la radiacin, permaneciendo ms o menos constante el voltaje.

Grfico 2: Dependencia de la corriente producida en funcin del voltaje para diferentes intensidades de radiacin (temperatura constante de 25C).

Es importante conocer este efecto ya que los valores de la radiacin cambian a

lo largo de todo el da en funcin del ngulo del Sol con el horizonte, por lo que

es importante colocar adecuadamente los paneles, existiendo la posibilidad de

cambiar su posicin a lo largo del tiempo, bien segn la hora del da o la

estacin del ao (captacin con seguimiento solar). Un medioda a pleno sol es

equivalente a una radiacin de 1000 W/m2; cuando el cielo est cubierto, la

radiacin apenas alcanza los 100 W/m2.

Uno de los elementos auxiliares importantes de un sistema fotovoltaico es la

estructura que soporta los paneles. Esta habr de proporcionar tanto un buen

anclaje de los mismos, hacindolos resistentes a la accin de los elementos

atmosfricos los agentes atmosfricos (viento, nevadas) afectan a las cargas

mecnicas que han de soportar las estructuras y a los materiales que las

componen -, como una orientacin y un ngulo de inclinacin idneos para el

mejor aprovechamiento de la radiacin.

Ilustracin 5: Soporte de paneles fotovoltaicos.

Otro aspecto de gran importancia de cara a la colocacin de los paneles en su

posicin con respecto al Sol, ya que es necesario tener en cuenta las variaciones

que presenta la posicin del Sol en el cielo a lo largo del ciclo anual y la

incidencia que estas variaciones tienen en la cantidad de radiacin solar puesta

a disposicin de los paneles. La posicin de los paneles est basada en dos

ngulos distintos: la orientacin y la inclinacin.

Ilustracin 6: Orientacin de una estructura fija para maximizar la captacin de radiacin solar a lo largo del ao (para el hemisferio morte).

La orientacin de los paneles ser siempre al Sur (en el hemisferio norte), al ser la nica posicin donde aprovecharemos de un

modo ms completo a lo largo del ao la radiacin emitida por el Sol. Tan

slo en circunstancias especiales o por el efecto de sombras creadas por

otros objetos se podr variar dicha orientacin hacia el Este.

La energa que, procedente del Sol, capta un panel, depende fundamentalmente del ngulo de inclinacin que forma con la horizontal (el condicionante es el ngulo de incidencia de los rayos del Sol sobre los

paneles, siendo mximo para una incidencia perpendicular, y

reducindose a medida que nos alejamos de este ngulo). En una

instalacin real, este ngulo puede adoptar una o varias posiciones a lo

largo del ao. Si bien esta ltima posibilidad aumenta la energa recibida

en todo el perodo, en la prctica lo ms eficaz es dejarlo en una o dos

posiciones, dependiendo de la utilizacin y segn los dos tipos de

consumo ms extendidos:

En las aplicaciones en las que el consumo de energa es relativamente constante

a lo largo del ao (equipos de comunicacin, viviendas habitadas todo el ao...)

es suficiente con una posicin. El ngulo de inclinacin de los paneles debe ser

de un valor igual a la latitud del lugar. Las posibles prdidas de energa

derivadas de la variacin del ngulo con respecto a la posicin del Sol se ven

compensadas con creces por el aumento de la radiacin disponible en los meses

de verano.

En las aplicaciones en las que el consumo de energa es mayor en los meses de

verano (riego agrcola, viviendas de fin de semana o vacaciones) puede ser

conveniente considerar dos posiciones: una posicin de invierno con un ngulo

de inclinacin de 30 y una posicin de verano con un ngulo de inclinacin de

12.

Los dos cambios de posicin, que es necesario realizar anualmente, han de

hacerse a finales de los meses de verano e invierno respectivamente.

2.3.2. Almacenamiento de la energa elctrica: Las bateras. En las instalaciones fotovoltaicas lo habitual es utilizar un conjunto de bateras

para almacenar la energa elctrica generada durante las horas de radiacin y

poder utilizarla posteriormente en momentos de baja o nula insolacin. Hay que

destacar que la fiabilidad de la instalacin global de electrificacin depende, en

gran medida, de la del sistema de acumulacin, siendo por ello un elemento al

que hay que dar la gran importancia que le corresponde.

De cara a su empleo en instalaciones de electrificacin fotovoltaica es necesario

conocer las siguientes expresiones:

Capacidad: Es la cantidad de electricidad que puede obtenerse mediante la descarga total de una batera inicialmente cargada al

mximo. La capacidad de un acumulador se mide en Amperios-hora (Ah)

para un determinado tiempo de descarga; es decir, una batera de 130

Ah es capaz de suministrar 130 A en una hora o 13 A en diez horas. Para

acumuladores fotovoltaicos es usual referirse a tiempos de descarga de

100 horas.

Tambin, al igual que para mdulos solares, puede definirse el voltaje de circuito abierto y el voltaje en carga. Las bateras tienen un

voltaje nominal que suele ser de 2, 6, 12 24 V, aunque siempre vare

durante los distintos procesos de operacin. Es importante el voltaje de

carga, definido por la tensin necesaria para vencer la resistencia que

opone el acumulador a ser cargado.

Autodescarga: Es el proceso por el cual el acumulador, sin estar en uso, tiende a descargarse.

Profundidad de descarga: Es el valor, en tanto por ciento, de la energa que se ha extrado de un acumulador plenamente cargado en una

descarga. Como ejemplo, si tenemos una batera de 100 Ah y la

sometemos a una descarga de 20 Ah, esto representa una profundidad

de descarga del 20 %. A partir de la profundidad de descarga podemos

encontrarnos con descargas superficiales (de menos del 20 %) o

profundas (hasta el 80 %).

Ilustracin 7: Bateras solares para instalaciones fotovoltaicas. Cortesa de BP Solar.

2.3.3. Regulacin de la energa elctrica: El regulador.

Para un funcionamiento satisfactorio de la instalacin en la unin de los paneles

solares con la batera ha de instalarse un sistema de regulacin de carga. Este

sistema es siempre necesario, salvo en el caso de los paneles autorregulados. El

regulador tiene como misin fundamental impedir que la batera contine

recibiendo energa del colector solar una vez que ha alcanzado su carga

mxima. Otra funcin del regulador es la prevencin de la sobredescarga, con el

fin de evitar que se agote en exceso la carga de la batera, siendo ste un

fenmeno que, como ya se ha dicho, puede provocar una sensible disminucin

en la capacidad de carga de la batera en sucesivos ciclos.

Ilustracin 8: Controlador solar para iluminacin de luz mercurial, estaciones de autobs y sealamientos. Rango: 10 a 20 Amps. y de 12 a 24 VDC.

En el mercado existen distintos tipos de reguladores con prestaciones muy

distintas. La complejidad o el grado de sofisticacin de los reguladores aumenta

a medida que aumenta el tamao global de la instalacin, existiendo una

relacin tambin entre las prestaciones del aparato y su precio final. Algunos

reguladores incorporan una alarma sonora o luminosa previa a la desconexin

para que el usuario pueda tomar medidas adecuadas tales como reduccin del

consumo.

Las caractersticas elctricas que definen un regulador son su tensin nominal y la intensidad mxima que es capaz de disipar. 2.3.4. Adaptacin de la energa elctrica: El inversor.

En este apartado se va a hacer referencia a los convertidores e inversores,

elementos cuya finalidad es adaptar las caractersticas de la corriente generada

a la demandada total o parcialmente por las aplicaciones.

En determinadas aplicaciones que trabajan en corriente continua no es posible

hacer coincidir las tensiones proporcionadas por el acumulador con la solicitada

por todos los elementos de consumo. En estos casos la mejor solucin es un

convertidor de tensin continua-continua.

Ilustracin 9: Inversor de onda senoidal pura.

En otras aplicaciones la utilizacin incluye elementos que trabajan en corriente

alterna. Puesto que tanto los paneles como las bateras trabajan en corriente

continua, es necesaria la presencia de un inversor que transforme la corriente

continua en alterna. Un inversor viene caracterizado principalmente por la

tensin de entrada, que se debe adaptar a la del generador; la potencia mxima

que puede proporcionar y la eficiencia. Esta ltima se define como la relacin

entre la potencia elctrica que el inversor entrega a la utilizacin (potencia de

salida) y la potencia elctrica que extrae del generador (potencia de entrada).

2.3.5. Transporte de la energa elctrica: Los cables elctricos.

El cableado, tanto del generador como de la utilizacin, debe atenerse a las

instrucciones generales fijadas por el Ministerio de Industria, Comercio y

Turismo en el Reglamento de Baja Tensin.

Adems del regulador existen otra serie de elementos de proteccin o de

operacin elctrica generales cuya incorporacin en muchos casos es muy

necesaria o incluso imprescindible. Algunos de ellos son:

Interruptores de diversos tipos. Protecciones fusibles y trmicas. Indicadores de nivel de carga de bateras y de corriente en el circuito.

Puestas a tierra.

2.4. Dimensionamiento de un sistema fotovoltaico.

Un adecuado dimensionado de las instalaciones supone, adems, asegurar la

fiabilidad de las mismas y su utilizacin a lo largo del tiempo, evitando que

queden inservibles al cabo de pocos aos al utilizarse con fines para los cuales

no haban sido concebidas.

Ilustracin 10: Arreglos fotovoltaicos para una vivienda unifamiliar.

Como ya se ha dicho, en el dimensionado de los sistemas fotovoltaicos es

fundamental conocer la radiacin incidente sobre el sistema y determinar con

precisin el consumo. Como quiera que estos datos son difciles de conocer con

exactitud, surgen distintos mtodos aproximados que permiten determinar cul

es el tamao necesario de paneles, en Wp, y de batera, en Ah, con los que

satisfacer un consumo dado en una situacin concreta (temporal y

espacialmente).

2.4.1. Mtodo del mes peor.

En el mtodo del mes peor se realiza un balance de energa seleccionando un perodo de tiempo, normalmente un mes, en el que se dan las condiciones ms

desfavorables del sistema. La idea es que si el sistema funciona en este mes,

funcionar tambin los dems meses del ao. Se cuenta adems con la

capacidad de acumulacin necesaria para cubrir un cierto nmero de das de

bajo nivel de radiacin (das de autonoma).

Para explicar de una forma clara los pasos a seguir, vamos a realizar el clculo

de una instalacin conforme se explican los distintos aspectos que se deben

considerar. Se trata de calcular la cantidad de paneles fotovolticos que hay

que instalar, y la capacidad de la batera que debe conectarse para satisfacer

por completo las necesidades de energa elctrica de una vivienda unifamiliar.

2.4.1.1. Evaluacin de las necesidades energticas (consumo de los equipos).

Para la estimacin de la energa consumida por la instalacin se habrn de

evaluar, por separado, la aportacin al consumo total de los equipos de corriente

alterna y continua. A la hora de realizar esta estimacin deben tenerse en

cuenta las variaciones estacionales, ya que la incidencia de determinadas

aplicaciones (especialmente los bombeos de agua) es muy importante frente a

los consumos en otros usos, por lo que deben calcularse los consumos para

varios meses diferentes. En el caso de que se trate de sistemas de electrificacin

con consumos idnticos a lo largo de todo el ao, bastar con realizar una nica

estimacin.

Equipo Potencia

(W) Iluminacin 10 - 20

Iluminacin intensa 20 - 40

Televisor B/N 20 30

Televisor color 50 100

Radiocassette 5 15

Vdeo 50

Lavadora 400

Plancha 600 1200

Ordenador 200

Frigorfico 70 120

Congelador 90 150

Pequeos electrodomsticos 50 - 200

Mquinas herramientas 200 - 500

Tabla 1: Consumo energtico de algunos aparatos usados en la vida cotidiana. A. Consumo de los equipos en corriente continua (CCC). La energa que la aplicacin considerada necesita consumir cada mes va a

depender, exclusivamente, del tipo de equipos que componen la carga, as como

el tiempo de utilizacin de los mismos.

Los parmetros necesarios que debern tenerse en cuenta para cada equipo

sern:

La potencia, tomada como la nominal de los equipos, y que aparece en las caractersticas de los mismos.

El nmero de horas de funcionamiento diario.

Como orientacin, se incluyen el siguiente cuadro de datos sobre el nmero de

horas de funcionamiento tpicos en instalaciones fotovoltaicas:

Equipo Funcionamiento

(Horas/da) Iluminacin 1

Iluminacin intensa 3

Televisor B/N 3

Televisor color 3

Radiocassette 1

Vdeo 1

Lavadora 0.5

Plancha 0.25

Ordenador 0.5

Frigorfico 4

Congelador 5

Pequeos electrodomsticos 0.25

Mquinas herramientas 0.25

Tabla 2: Horas de funcionamiento para aparatos usados en la vida cotidiana.

La energa que consumo un equipo ser igual al producto del nmero de equipos

iguales por la potencia y por el nmero de horas diarias de funcionamiento.

(Ccc Pcc N H )= (1) Donde:

Ccc : Consumo energtico diario. (W horas/da)

Pcc : Potencia del aparato. (W)

N : Nmero de aparatos del mismo tipo.

H: Horas de funcionamiento considerado del equipo (Horas/da)

EQUIPO POTENCIA (W)

B. Evaluacin mensual del consumo en los equipos de corriente alterna (CCA). El consumo de los aparatos en corriente alterna se determina igual que en los

aparatos de corriente continua, para hacer una diferencia utilizaremos la

siguiente frmula:

(Cca Pca N H )= (2) Donde:

Cca : Consumo energtico diario. (W horas/da)

Pcc : Potencia del aparato. (W)

N : Nmero de aparatos del mismo tipo.

H: Horas de funcionamiento considerado del equipo (Horas/da)

Ejemplo 1: Supongamos que se nos ha contratado para realizar una evaluacin energtica

para una futura instalacin fotovoltaica, cuyos requerimientos son: Un

fluorescente de 40 W en el saln que funcione 4 horas al da, un a luminaria de

20 W en la cocina que funcione 2 horas al da, una luminaria de 20 W para

cuatro habitaciones funcionando 2 horas al da, adems de una nevera en

corriente continua de 120 W y que funcionar 4 horas al da.

En cuanto a los equipos de corriente alterna estn una lavadora de 450 W que

funcionara 0.5 horas al da, un televisor de 100 W, con tres horas diarias de

funcionamiento, un reproductor de video de 50 W , que funcionar 1 hora al da,

y pequeos electrodomsticos (batidora, mquina de afeitar, taladradora,etc)

que suman 200 W funcionando 0.3 h al da. Cul ser el consumo en cc y ca

para los aparatos en cuestin?:

Solucin

Consumo de los aparatos en cc.

Para efectuar el clculo se aplicar la ecuacin 1. la operacin se simplifica si

construimos una tabla en la siguiente forma:

Cantidad Descripcin Potencia Uso Consumo

(W) (horas/da) (W - hora/da)

1 Fluorecente (saln) 40 4 160

1 Luminaria (cocina) 20 2 40

4 Luminarias (4 habit.) 20 2 160

1 Nevera 120 4 480

Total 180 840

Por lo que la energa que consumirn los aparatos en corriente continua es 840

W- h al da.

Consumo de los aparatos en cc.

Para efectuar el clculo se aplicar la ecuacin 2. La operacin se simplifica si

construimos una tabla como la anterior:

Cantidad Descripcin Potencia Uso Consumo

(W) (horas/da) (W - hora/da)

1 Lavadora 450 0.5 225

1 Televisor 100 3 300

1 Reproductor de video 50 1 50

Pequeos electrodomsticos 200 0.3 60

Total 800 635

Donde la energa diaria consumida por los aparatos es 635 W- h al da.

2.4.1.2. Evaluacin del consumo total.

Para su evaluacin se deben de tener en cuenta dos factores:

A. Margen de seguridad de captacin (Eb).

Corresponde a las prdidas en el cableado, prdidas en conexiones, variaciones

en los consumos previstos inicialmente, etc. En principio puede estimarse en un

15 % para la mayora de los casos.

B. Eficiencia del inversor (inv).

Es la relacin entre la energa que se aporta al inversor y la realmente

disponible para el consumo. Como ya se mencion en el captulo dedicado a los

elementos que componen la instalacin, el inversor tiene un consumo propio

constante y un rendimiento variable en funcin de la carga a la que suministre.

En principio, y salvo disponer de informaciones ms precisas, puede tomarse

como valor medio el 85 %.

Los consumos en continua (Cc) sern, por tanto:

100

b(100+ E ) CccCc= (3)

Los consumos en continua (Ca) sern:

100

b(100+ E ) CcaCa= (4)

El consumo diario total (CT) de los equipos ser:

TC Cc Ca= + (5) Ejemplo 2: En el caso de nuestro ejemplo anterior, calcular el consumo de los aparatos en

corriente continua y en corriente alterna, considerando un margen de seguridad

de captacin del 15% y una eficiencia del inversor del 85%, adems calcule el

consumo total de los aparatos.

Solucin:

/100

b(100+ E ) Ccc (100+15) 840Cc 966W h dia100

= = =

/100

b(100+ E ) Cca (100+15) 635Ca 730.25 W h dia100

= = =

TC = Cc+Ca= 966 +730.25= 1696.25 W - h/dia

Considerando que es muy difcil que necesitemos operar todos los equipos de

c.a. simultneamente, puede ser razonable pensar en un inversor de 500W.

2.4.1.3. Evaluacin de la radiacin solar promedio mensual

disponible ( imI ).

La energa que capta un panel solar fotovoltaico va a depender tanto de la

climatologa del lugar como del ngulo de inclinacin que el panel posea

respecto a los rayos solares, como ha sido explicado anteriormente.

A continuacin aparecen, por ejemplo, los valores medios de la energa recibida durante un da y por unidad de superficie correspondientes a tres provincias ubicadas en el hemisferio Norte, las cuales denominaremos como

provincia A, provincia B y provincia C, para los distintos meses del ao,

suponiendo una inclinacin de los paneles de 60 grados. Esta energa est

expresada en forma de KW- h/m2 - da.

E F M A M J J A S O N D

Prov. A

3.43 5.23 5.11 4.60 4.54 4.53 5.00 5.07 4.70 3.56 3.33 2.59

Prov. B

3.02 3.98 3.61 3.65 4.07 4.13 4.75 4.87 4.26 3.98 2.69 2.04

Prov. C

3.39 5.05 4.89 4.64 4.76 4.72 5.09 5.44 4.82 4.62 3.12 3.19

Tabla 3: Valores de radiacin solar para las provincias A, B y C, para una superficie inclinada 60 .

A continuacin se calcula para cada mes la relacin de consumos/radiacin

disponible (P) segn:

Tim

CPI

= (6)

De las distintas estimaciones de consumos comparadas con la radiacin

disponible, se tomar el valor mayor, que denominaremos Pmax.

En el caso de nuestro ejemplo, los consumos son de 1695.25 W-h/da. El mes

de peor radiacin, (que nos dar un valor de relacin consumos/radiacin

mayor) es el Noviembre, que en la provincia C, solo da 3,12 kWh/m2 - da, con lo

que el Pmax es:

Tmax P

im

C 1695.25P 543.349WI 3.12

= = =

2.4.1.4. Tamao del campo de captacin (nmero de paneles). La potencia de captacin del panel elegido (PPanel), en watios-pico (Wp), es necesaria para calcular el tamao del campo de captacin.

A partir de la potencia del panel elegido y del mayor valor de P (Pmax) se

calcula el nmero de paneles (Np) necesario:

maxPPN = 1.1P

(7)

Panel

El factor 1.1 se aplica para compensar p sibles prdidas debidas a errores en la o

orientacin, la limpieza de los paneles, conexiones, etc.

El nmero de paneles ser, entonces, el primer nmero entero mayor que el Np

jemplo 3:

n el caso de nuestro ejemplo anterior, si hemos decidido colocar paneles de 90

Solucin: La solucin es:

calculado segn la frmula anterior.

E E

Wp. Cul ser el nmero de paneles necesario?.

maxP

Panel

P 543.349N = 1.1 1.1 = 6.6 7 panelesP 90

=

omo notamos si queremos ser conservadores utilizaremos 7 paneles.

2.4.1.5. Tamao del sistema de acumulacin (nmero de bateras).

ara evaluar el tamao del sistema de acumulacin es necesario definir

as de autonoma (D): Corresponden al tiempo que podr funcionar la

rofundidad de descarga mxima (Pf): Corresponde al lmite de descarga

ensin de trabajo de la instalacin (V): Elegida en funcin de las

C

P

previamente los siguientes factores:

Dinstalacin sin recibir radiacin solar en condiciones adecuadas. Habitualmente,

para instalaciones de electrificacin rural este factor puede ser de 4 6 das,

mientras que para aplicaciones profesionales puede superar los 10.

Pque puede alcanzar la batera. Para los casos ms habituales de electrificacin

rural, puede tomarse este valor como de un 70 %. Las bateras empleadas en

otro tipo de sistemas pueden permitir profundidades de descarga superiores al

90 %.

Tcaractersticas de la instalacin, lo ms usual son tensiones de 12 24 V en el

caso de instalaciones de electrificacin rural.

La capacidad de acumulacin (CB), en amperios-hora (Ah), se calcula con la

siguiente frmula:

TB

f

110 C DCV P = (8)

El nmero de bateras se calcula mediante:

BB

Bi

CNC

= (9)

donde CBi es la capacidad individual de batera seleccionada.

jemplo 4:

n el caso de nuestro ejemplo anterior, si hemos decidido colocar bateras de 90

Solucin:

a capacidad del sistema de acumulacin es:

la

E E

Ah de capacidad individual, para un sistema a 12 Voltios, una profundidad de

descarga del 70% y para tres das de autonoma. Cul ser el nmero de

bateras necesario?.

L

( ) ( ) ( )( ) ( )TB Bf

110 1695.25 3110 C DC C 665.991 AhV P 12 70

= = = =

El nmero de bateras es:

BB

Bi

C 665.991N 7.4 8 bateriasC 90

= = = =

or lo tanto, necesitaremos 8 bateras para suministrar de la energa necesaria

2.5. Coste de un sistema fotovoltaico.

p

al sistema de consumo.

Evidentemente para saber el coste definitivo habra que hablar con los

suministradores de los distintos dispositivos, pero para darnos una primera

aproximacin son suficientes los siguientes datos:

Sistema Costo unitario

Pan ico el fotovolta 6 /WP - panel

Inversor 1/W - inversor

Batera 1 .5 /Ah - batera

Tabla 4: Costos unitarios de algunos elementos para sistemas fotovoltaicos.

jemplo 4:

ara nuestro sistema, Cul ser el costo total aproximado del sistema

Solucin:

E P

fotovoltaico?

( ) ( ) ( )Coste total 7 90 6 500 1 8 90 1.5 5360= + + =

esta estimacin de costes habra que sumarle el IGV y los costes derivados de A

estructuras y cableado, as como de un regulador de voltaje.