Diseño de Sistemas Fotovoltaicos Autónomos

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA:DISEÑO DE SFA

OSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO

DIMENSIONADO DEL SFAESTIMACIÓN DEL CONSUMO

ÍNDICE

1 DIMENSIONADO DEL SFA

2 ESTIMACIÓN DEL CONSUMO

OSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO ESF: DISEÑO SFA


NOMENCLATURA

CONSUMO: LPROBABILIDAD DE PÉRDIDA DE CARGA: relación entre la

energía que no puede suministrar el sistemafotovoltaico y la energía solicitada por la cargadurante todo el período de funcionamiento.

LLP =Edef

L



NOMENCLATURA

CAPACIDAD DEL GENERADOR: relación entre los valoresmedios de la energía que puede producir elgenerador y la energía consumida por la carga.

CA =ηG ·AG ·Gd(β, α)

L

CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN: relación entre la capacidadútil del acumulador y la energía consumida por lacarga.

Cs =CU

L=

CB · PDmax

L



DIMENSIONADO

Diferentes valores de (CA, CS) pueden conducir al mismovalor de LLP.Cuanto mayor es el sistema, mayor es la fiabilidad, peromayor es el coste.

La tarea de dimensionar un sistema fotovoltaico consiste enencontrar la mejor solución de compromiso entre coste yfiabilidad.



CICLADO DIARIO Y ESTACIONAL

El ciclado diario es la serie de cargas y descargas de labatería que se producen durante un periodo diario.

PDd, está relacionada con el consumo nocturno, Ln, y portanto exclusivamente con la capacidad de la batería:PDd = Ln

CB

El ciclado estacional es la serie de cargas y descargas quese producen durante un periodo prolongado de duraciónvariable

La duración, D, PDe, están ligados al tamaño del generador,al consumo diario (diurno y nocturno) y a la radiacióndisponible.La batería debe proporcionar la energía necesaria peroPDe < PDmax.




La combinación de CA alta y CS baja conduce a cicladosdiarios con valores altos de PDd con ciclados estacionalescortos.

Las descargas profundas y frecuentes asociadas al valoralto de PDd son perjudiciales para la batería,La corta longitud de los ciclados estacionales es beneficiosa.La estratificación será fácilmente compensable consobrecargas controladas aplicando el mantenimientoadecuado.




La combinación de CA baja y CS alta conduce a cicladosdiarios con baja PDd y ciclados estacionales largos.

La baja PDd es beneficiosa para la batería,La longitud de los ciclados estacionales puede favorecer lasulfatación y la estratificación.Dado el tamaño relativo del generador frente alacumulador, la frecuencia de sobrecargas será baja y laestratificación no será tan fácilmente compensada.



MÉTODOS DE DIMENSIONADO

MÉTODO DEL LLP: a partir de simulaciones o de curvas deisofiabilidad, establece los valores de CA y CS paraun consumo determinado.

MÉTODO DEL MES PEOR: selecciona el tamaño de batería ygenerador para abastecer el consumo durante elmes con peor relación entre radiación y consumo(en los casos de consumo constante, el mes peor esaquel de menor radiación). El tamaño de batería ygenerador se selecciona en base a la experienciaacumulada según la zona geográfica y laaplicación a abastecer.



MÉTODO DEL LLP

SUPOSICIONES

El consumo es constante a lo largo del añoTodo el consumo ocurre por la nocheLos componentes del sistema FV no tienen pérdidas(incluidas dentro de CA y CS) y lineales.



MÉTODO DEL LLP

SIMULACIÓN DEL SISTEMA

SOCj = min[SOCj−1 +CA ·Gd,j

Cs ·Gd− 1

Cs; 1]

Edef = max{ 1Cs− SOCj; 0}

Se considera que hay deficit de energía cuando la almacenadaal final del día (SOCj · CS · L) no es suficiente para abastecer elconsumo diario (L). Es decir,

SOCj · Cs · L < L⇒ 1Cs− SOCj > 0

LLP =∑N

1 Edef

N · LOSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO ESF: DISEÑO SFA

MÉTODO DE LLP

Cs

CA’

0.6

0.8

1.0

1.2

1 2 3 4 5 6

LLP0.010.030.050.080.1

RELACIÓN ENTRE C′A Y LLPCs = 3

LLP

CA’

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.01 0.1


MÉTODO DEL LLP

Es posible ajustar las curvas isofiables a una ecuación analítica:

C′A = f · C−u

s

donde f y u son dos parámetros sin significado físico,dependientes del lugar y del LLP deseado. Para sudeterminación es necesario realizar varias simulacionesprevias.



MÉTODO DE LLP

Este proceso de cálculo se apoya en series de valores deradiación solar que reproducen el comportamientoestadístico de la irradiación.Predicción del comportamiento del sistema limitada por laincertidumbre asociada.Los ejercicios de cálculo para probabilidades de pérdida decarga inferiores a LLP = 1× 10−2 carecen de utilidad.

“[...] los modelos de simulación muy exactos puedenproporcionar números también muy exactos, pero ello nosignifica que se traduzcan automáticamente en prediccionestambién muy exactas.”



MÉTODO DEL MES PEOR

VALORES SEGÚN EL UTS FOR SHSELECTRIFICACIÓN RURAL: CA = 1,1 y 3 ≤ CS ≤ 5APLICACIONES PROFESIONALES: 1,2 ≤ CA ≤ 1,3 y 5 ≤ CS ≤ 8

VALORES DE COMÚN USO EN ESPAÑA

Aplicación

Doméstica Profesional

Zona CA CS CA CS

Norte de España 1.2 5 1.3 8

Sur de España 1.1 4 1.2 6



CONFIGURACIÓN DE GENERADOR Y BATERÍA

Una vez elegidos los valores de CA y CS, se deben configurar elgenerador y batería de acuerdo a las tensiones de trabajo. Engeneral, la batería impone la tensión de trabajo (no haybuscador de MPP). Supondremos Vmpp ' Vb

L = Vb ·QL

ηG ·AG ·Gstc = I∗g ·Vb



CONFIGURACIÓN DE GENERADOR Y BATERÍA

y por tanto:

I∗g =CA ·QL ·Gstc

Gd(β, α)

QB = CS ·QL

siendo QL la carga a satisfacer en amperios-hora, y QB lacapacidad útil de la batería en amperios-hora.



INCLINACIÓN DEL GENERADOR

Para instalaciones con consumos constantes o similares alo largo del año, se busca maximizar la radiación en losmeses de menor insolación

β = |φ|+ 10◦

Para instalaciones con consumo menor en meses de bajaradiación se busca maximizar radiación en equinoccios.

β = |φ|

Para instalaciones con uso predominante en verano(hemisferio Norte) conviene emplear un ángulo inferior ala latitud.

β = |φ| − 10◦

En general, la inclinación debe superar los 15◦.



ÍNDICE

1 DIMENSIONADO DEL SFA

2 ESTIMACIÓN DEL CONSUMO



CÁLCULO DEL CONSUMO

LT =Ldc

ηr+

Lac

ηinv

L =LT

ηbat · ηc

Como valores orientativos pueden utilizarse

ηinv = 0,9, ηr = 0,95, ηbat = 0,85 y ηc = 0,98.


DISTRIBUCIÓN DEL CONSUMO

Consumo (kWh/mes)

Pro

babi

lidad

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 2 4 6 8 10

Vale do Ribeira

Pedra Branca

Vera Cruz

Pruno

RELACIÓN ENTRE EL CONSUMO Y LA FIABILIDAD

L Lbase

LLP

LLP

base

0.5

1.0

1.5

2.0

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6


ESCENARIOS DE CONSUMO

Aplicación Hipótesis de consumo Criterio dedimensio-

nado

SHS1IluminaciónRadioTV b/n,Sin frigorífico:120 Wh/dia

CA = 1,13 ≤ Cs ≤ 5





nado

SHS2IluminaciónRadioTV colorSin frigorífico250 Wh/dia

CA = 1,13 ≤ Cs ≤ 5





nado

SHS3IluminaciónradioTV colorCon frigoríficoeficiente1000 Wh/dia

CA = 1,1CS = 5





nado

CentralesTodo AC500 Wh/dia porvivienda.

CA = 1,1CS = 5


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