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Escuela en ecología y energías renovables
MODULO
PROYECTO DIMENSIONAMIENTO SISTEMA FV
INGENIERO JORGE ALEXANDER SILVA CASTAÑO
DIRECTOR ESCUELA CASA SOLAR
BOGOTA – COLOMBIA – SUDAMERICA
2015
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MODULO PROYECTO DIMENSIONAMIENTO
SISTEMA FOTOVOLTAICO
TEMA
PROYECTO DIMENSIONAMIENTO SISTEMAS FV
OBJETIVOS
ESPECÍFICOS
- Realizar cada uno de los cálculos
Dimensionar cada uno de los componentes presentes en un sistema fotovoltaico.
Dimensionamiento Sistemas Fotovoltaico
Calculo estimación de cargas
Un proyecto fotovoltaico empieza por el análisis y estimación de
cargas presentes en el hogar y a las cuales les será distribuida la
energía generada por los módulos fotovoltaicos.
1. Paso en nuestra instalación FV: Realizar la estimación de
cargas
Vamos a establecer el siguiente proyecto y estimación de cargas
con electrodomésticos comunes en una casa. En el momento en
el que un cliente nos solicita realizar un proyecto FV debemos
entregar una hoja para que este diligencie la información
solicitada y poder tener un estimado de las cargas.
La información debe ser correcta para cada una de las cargas a
proveer energía: consumo de watts o potencia de cada uno de
los electrodomésticos, equipos y bombillos, cantidad, uso de
horas al día y uso días a la semana en que se utilizara. El
análisis relacionado al promedio de las cargas lo podemos
calcular nosotros.
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Bombillos Led 7 5 35 3 7 7 105
Bombillos Led 15 4 60 3 7 7 180
Nevera con certificado eficiente 85 1 85 440
Carga fantasma 10 1 10 24 7 7 240
Computador portatil 140 1 140 3 7 7 420
Licuadora 350 1 350 0,08 7 7 28
Televisor Led 45 1 45 4 7 7 180
Impresora multifuncional 48 1 48 0,1 2 7 1,371428571
Cargador celular 4 1 4 0,5 4 7 1,142857143
DVD 10 1 10 2 1 7 2,857142857
Encendido electrico estufa 15 1 15 0,08 7 7 1,2
802 Total: 1599,571429
Potencia CA total conectada W: 802 2855
Potencia CC total conectada W:
DISEÑO E INSTALACION DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS RESIDENCIALES
Hoja de calculo estimacion de cargas Cargas Watts X Cantidad = Watts totales X Uso Hrs/dia X Uso dias sem / 7 dias semana = Promedio Wh/dia
Carga CA promedio diaria:
Carga CD promedio diaria:
-
Al realizar el ejercicio de estimación en cargas para nuestro sistema
FV, hemos calculado que se requiere 1599,57 Wh/día. Este consumo
totalizado será el valor que demandara nuestras cargas para trabajar
durante los días y horas estipuladas. Es importante denotar que si
nuestro cliente excede las horas de consumo que se indican en la hoja
de cálculo para cualquiera de nuestras cargas, esto reducirá el tiempo
de uso para las otras.
Luego de determinar el promedio de watts hora / día, vamos a sumas
la potencia en watts para cada una de las cargas, observen el cuadro
Potencia CA total conectada W, este valor nos indica la suma de cada
potencia el cual es 802, W.
Cuando utilizamos en nuestro sistema equipos que tengan un motor
como neveras, aire acondicionado, entre otros, debemos precisar el
cálculo de la potencia diaria de consumo con un medidor de watts,
esto con el fin de tener certeza del consumo diario total y poder
dimensionar bien el sistema. (Ver video eficiencia energética)
Observen en la tabla de estimación de cargas que conectamos a
nuestro sistema una nevera que tiene una potencia de 85 W, y según
la ficha técnica este equipo consume anualmente 273 Kwh/año.
¿Cómo calculamos la potencia diaria?
Si el proveedor nos dice que la nevera tiene un consumo de 273
Kwh/año, este valor lo dividimos por los 365 días del año, para tener
un consumo diario.
Respuesta: 273 kwh/año ÷ 365 días del año = 0,74 kwh
Ahora con la respuesta analicemos lo siguiente:
Con estudios y mediciones que la escuela casa solar ha realizado con
el equipos de medición de watt y la nevera de estudio, hemos
identificado que cuando la nevera se coloca en nivel de enfriamiento 2,
esta consume tan solo 0,44 Kwh, frente a 0,74 KWH que nos dice la
empresa en su máximo consumo, la diferencia es un ahorro
-
significativo del 47% en gasto energético, pasando en un consumo de
patencia diaria de 740 a 440 W.
Ahora, con este análisis tenemos la potencia total de corriente alterna
de nuestro sistema, el cual nos dio como resultado 802 W y el
promedio en Wh/día 1599,57.
No podemos calcular la potencia de la nevera al ser multiplicada por
24 horas, ya que esta no trabaja todo el tiempo. Para mayor precisión
debemos hacer la medición de energía con el equipo Kill a watt.
Este proyecto será el paso a paso de lo usted debería hacer,
continuemos con la estimación de las horas pico sol.
Estimación de las horas pico solar para
nuestro proyecto FV
Sitio: Sede escuela casa solar – Bogotá - Colombia
Nuestro sitio solar será igual al ejemplo realizado en el módulo análisis
del sitio para una instalación FV. El objeto de estudio presenta la
siguiente ubicación geográfica latitud 4.696872 y longitud -74.167501.
Para obtener la ubicación geográfica siga los pasos descritos en el
módulo Sitio Solar.
Luego de analizar el sitio en la página Google Maps, obtuvimos los
datos relacionados a la irradiación del sitio, posterior a esto
analizamos los datos condensados en la tabla de resultados.
Observemos que los meses de menor irradiación son Octubre y
Noviembre con 4.60 horas pico sol día con una medición estándar
equivalente a 1000 W/h² (Watt sobre metro cuadrado).
Tomamos este registro ya que nuestro sistema lo dimensionamos con
el menor promedio de irradiación mensual. Si elegimos trabajar con el
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promedio más alto, nuestro sistema se verá afectado en los meses de
menor irradiación y no estará en la capacidad para satisfacer la
necesidad del usuario, con base en el dimensionamiento y las cargas
a encender.
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Una vez calculado las cargas, haber obtenido el promedio de Wh/día y
tomar el registro de las horas pico solar del lugar donde se establecerá
nuestro proyecto FV podemos empezar a dimensionar nuestro sistema
en cuanto a las baterías, módulos, inversor, controlador, cableado y
medios de desconexión.
Diseñemos nuestro banco de batería para
nuestro sistema FV
Al momento de calcular nuestro banco de baterías es importante
conocer información elemental de nuestro sistema:
1 PASO: Debemos previamente haber calculado nuestro consumo
promedio en watts-hora/día de las cargas.
2 PASO: Debemos empezar a buscar en el mercado el inversor de
acuerdo a la potencia en CA conectada a nuestro sistema, incluyendo
el incremento de las cargas que tengan altos consumos, como lo
vimos en módulos anteriores.
Es importante solicitar la ficha técnica que provee el fabricante del
inversor, ya que esta ficha especifica la eficiencia del inversor, recurso
importante para poder realizar nuestros cálculos y dimensionamiento,
tomamos el estándar de eficiencia del inversor que se encuentra entre
el 80 y 90%, este parámetro varía según las marca fabricante.
3 PASO: Determinaremos que voltaje tendrá nuestro banco de
batería, si está proyectado a 12, 24, 36 +o 48 voltios. Podemos
organizar este voltaje dependiendo a las características y conexión en
serie o paralelo que elijamos. Es fundamental conocer el voltaje de las
baterías a comprar, un instalador puede armar sistemas en serie o
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paralelo con baterías de 2, 6 ó 12 V, esto depende del precio que las
consigamos en el mercado.
4 PASO - Conocer los días de autonomía: Nuestro sistema deberá
proveer energía durante los días de autonomía que elijamos a nuestro
sistema, esto sin que sobrepase la profundidad de descarga.
Es evidente que a mayor número de días de autonomía mayor es el
número de batería a emplear, esto depende de la elección del cliente.
Para sistemas residenciales se considera realizar un sistema con dos
(2) o tres (3) días de autonomía.
5 PASO: Profundidad de descarga: Esta profundidad expresa el
nivel límite de descarga de la batería, a menor profundidad mayor la
vida útil. Cuando se realizan descargas del 10% una batería puede
llegar a tener 7200 ciclos de carga, al 50% 3000 ciclos de carga y al
75% 1500 ciclos, por lo general la profundidad de descarga es del
50%.
6 PASO: Elección capacidad de batería en amperios: Debemos
determinar la capacidad de la batería, podemos encontrar baterías de
80, 100, 200, 400 o más amperios horas, estas capacidades son las
más utilizadas en sistemas autónomos residenciales.
Luego de analizado cada uno de los pasos anteriormente descritos sistematizamos cada uno de los parámetros obtenidos en una tabla.
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SISTEMATIZACION DATOS
Carga diaria promedio en CA:
802,5
Eficiencia del inversor (Tomado de la ficha
técnica):
90% = 0,9
Voltaje del banco de baterías:
24 Voltios
Voltaje de cada una de las baterías:
12 Voltios
Profundidad de descarga:
50%
Días de autonomía: 2
Capacidad en amperios hora de la batería en C/20:
200 amperios
hora
FORMULA MATEMATICA CÁLCULO PARA EL
DIMENSIONAMIENTO DE UN BANCO DE BATERIA
Carga diaria
promedio en CA
÷
Eficiencia
del inversor
÷
Carga diaria
promedio en CD
÷
Voltaje CC del sistema
=
Amperios hora / día promedio
1599,57 0,9 0 24 74.05
-
En nuestro ejercicio contamos con una carga diaria promedio de
1599,57 Wh/día, luego de verificar la eficiencia del inversor en la ficha
técnica hemos identificado que esta tiene un 90%, dividimos este
resultado en 100 y obtenemos 0.9, dato con el cual realizaremos
nuestro cálculo.
Como nuestro sistema no tiene conectado cargas en corriente
continua o directa dejamos el espacio blanco, luego elegimos el voltaje
de nuestro sistema en CC, para nuestro ejemplo será a 24 V. Al
finalizar realizamos la operación con cada uno de los datos,
obteniendo como resultado 74.05 amperios hora día promedio.
Luego de conocer el promedio de los amperios día que nuestro
sistema demanda, multiplicamos este resultado por 2 (Días de
autonomía). Días en los que el sistema deberá operar y abastecer a
las cargas sin llegarle radiación, esto por condiciones climáticas
adversas.
En estos días no es necesario contar con el sol para recargar las
baterías, ya que la energía disponible en las baterías nos servirá para
encender cada una de las cargas en el tiempo especificado.
Ah
promedio día
x
Días de
autonomía
÷
DOD –
Limite de descarga
÷
Capacidad de la
batería en Ah
=
Baterías
en paralelo
74.05 2 0,5 200 1.48
Voltaje CD del sistema
÷
Voltaje de las
baterías
=
Baterías en serie
x
Baterías
en paralelo
=
Total
baterías
24 12 2 2 4
-
Como queremos que nuestra batería tenga una larga duración hemos
especificado que tenga un límite de descarga del 50%, dividimos este
por la capacidad de la batería en Ah. El resultado obtenido representa
el número total de baterías en paralelo que debemos conectar 1.44
este valor lo redondeamos a 2.
En la siguiente casilla dividimos el voltaje en corriente continua de
nuestro sistema (24 V) y el voltaje de cada batería que compramos
(12 V). Obteniendo un total de dos (2) baterías conectadas en serie.
El resultado obtenido lo multiplicamos por el total de batería en
paralelo (2) y obtenemos el total de baterías a conectar en nuestro
sistema, cuatro (4). Entonces tendremos que conectar dos baterías en
serie y dos baterías en paralelo en la misma conexión.
Dimensionemos el arreglo de nuestro
sistema FV
A continuación se describen como dimensionar nuestro arreglo
fotovoltaico.
PASO 1: Determinar los amperios promedio día: Esta unidad de
medida se obtuvo en el cálculo del dimensionamiento de la batería,
expresa el consumo en amperios de todas nuestras cargas en un
promedio de un día. Para nuestro ejemplo es 74.05 A.
PASÓ 2: Determinar la eficiencia de la batería: La batería
seleccionada para nuestro ejemplo tiene una eficiencia del 80%, esta
medida la expresamos como 0.8 en nuestra tabla. Para obtener este
dato nos referimos a la ficha técnica entregada por el proveedor de la
batería.
PASÓ 3: Determinar las horas sol pico día: Este dato lo obtenemos
al realizar la estimación de horas sol pico para la ubicación de nuestro
proyecto, ubicamos en la tabla de resultados el menor promedio
-
mensual de irradiación, dato entregado en la plataforma de la nasa,
ejercicio realizado en ejemplos anteriores.
Al realizar cada uno de los pasos anteriores obtenemos, la corriente pico del arreglo.
Obtenida la corriente pico del arreglo, dividimos este resultado por la
corriente pico el modulo (Representada por la corriente de máxima
potencia (Imp), este dato se encuentra en la ficha técnica que nos
entrega el proveedor. Al realizar la operación obtenemos el total de
modulo en paralelo que debemos conectar a nuestro sistema.
Ah promedio día
÷
Eficiencia de la batería
÷
Horas
sol pico día
=
Corriente pico
del arreglo
74.05 0,8 4,6 20.12
-
Ficha técnica y corriente de máxima
potencia (Imp)
-
Por último, determinamos el voltaje en CC con el cual trabajara
nuestro sistema FV y lo dividimos por el voltaje nominal del módulo
solar, para nuestro caso 12 Voltios. Tomamos el resultado obtenido
para el total de modulo en serie y lo multiplicamos por el resultado
obtenido en el total de módulos en paralelo, hallando así el total de
módulos que necesitara nuestro sistema.
Es necesario ajustar el valor obtenido de los módulos en paralelo, si el
resultado estuviera cercano a la unidad (2), ejemplo 2.08 o 2.1,
tomaríamos el valor dos (2) módulos, pero como el valor es 2.58, el
cálculo me está diciendo que necesito 2 módulos y un 58% de otro
modulo, por ende ajustamos el valor a 3.
Si dejáramos solo dos módulos la producción en corriente de mi
sistema se reduciría y la corriente que generan los dos (2) paneles no
alcancía alimentar las baterías adecuadamente.
Redondeamos el total de módulo 5.16 a 6
Corriente pico
del arreglo
÷
Corriente pico del modulo
=
Módulos
en paralelo
20.12 7.78 2.58
Voltaje CD del
sistema
÷
Voltaje nominal
del modulo
=
Módulos en serie
x
Módulos
en paralelo
=
Total
módulos
24 12 2 2.58 5.16
-
Dimensionemos el tamaño de nuestro
controlador de carga
El controlador de carga es uno de los componentes de nuestro
sistema fotovoltaico y dependerá de varios parámetros para
determinar su capacidad.
El primero de ellos es la corriente de corto circuito del módulo, para
nuestro proyecto es (8,79 A - Isc). Este valor debemos multiplicarlo por
el total de módulos en paralelo conectados a nuestro sistema (3
módulos).
El parámetro 125% o 1,25 es un valor fundamental en nuestro
dimensionamiento, ya que es el margen de seguridad cuando se
presentan niveles de irradiación superior a 1000 Watts por metro
cuadrado.
Para obtener la corriente de corto circuito del arreglo multiplicamos la
corriente de corto circuito del módulo X el total de módulos en paralelo
X el factor de seguridad, así obtenemos la corriente de corto circuito
del arreglo, 32,9 A
Corriente de corto circuito
x
Módulos
en paralelo
X
1.25
=
Corriente de corto
circuito del arreglo
Controlador necesario
8,79 3 1,25 32,9 40 A
-
Luego de obtener la corriente total de nuestro corto circuito (32.9 A)
debemos realizar la búsqueda de nuestro controlador de carga, es
posible encontrar controladores de 10, 20, 30, 40 A y otros.
El equipo que más acerca a nuestro dimensionamiento es 40 A. Nunca
debemos elegir nuestro controlador por debajo de la corriente total de
corto circuito de nuestro arreglo.
Observen la siguiente ficha de especificación técnica entregada por
nuestro proveedor, el cual contiene la corriente de carga máxima y el
voltaje requerido para el sistema.
En la ficha observamos que los requerimientos son los que
necesitamos para nuestro sistema, el tener la corriente de carga
máxima y el voltaje del sistema, 12 a 24 voltios. Este último se ajusta
al tipo de conexión que realicemos.
-
Dimensionemos el tamaño de nuestro
inversor
Pasos por el dimensionamiento de nuestro inversor:
1 PASO: Conocer la potencia total conectada:
Es el parámetro más importante a la hora de dimensionar nuestro
inversor, para esto vamos a observar la hoja de cálculo para la
estimación de cargas.
Observemos que para cada una de las cargas se obtuvo su potencia y
al final de la tabla se sumaron estas, obteniendo así la potencia total
conectada en corriente alterna (802 Watts).
Bombillos Led 7 5 35 3 7 7 105
Bombillos Led 15 4 60 3 7 7 180
Nevera con certificado eficiente 85 1 85 440
Carga fantasma 10 1 10 24 7 7 240
Computador portatil 140 1 140 3 7 7 420
Licuadora 350 1 350 0,08 7 7 28
Televisor Led 45 1 45 4 7 7 180
Impresora multifuncional 48 1 48 0,1 2 7 1,371428571
Cargador celular 4 1 4 0,5 4 7 1,142857143
DVD 10 1 10 2 1 7 2,857142857
Encendido electrico estufa 15 1 15 0,08 7 7 1,2
802 Total: 1599,571429
Potencia CA total conectada W: 802 2855
Potencia CC total conectada W:
DISEÑO E INSTALACION DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS RESIDENCIALES
Hoja de calculo estimacion de cargas Cargas Watts X Cantidad = Watts totales X Uso Hrs/dia X Uso dias sem / 7 dias semana = Promedio Wh/dia
Carga CA promedio diaria:
Carga CD promedio diaria:
¿Estará correctamente dimensionado el inversor que necesitara mi sistema?
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No… Hay algo que seguramente usted no tuvo encuentra.
Recuerden que en el módulo inversor FV, cuando hablábamos de
equipos o electrodomésticos como bombas de agua, congeladores,
refrigeradores, batidores, taladros, compresores, entre otros, estos
necesitan y demandan una potencia pico elevada durante un corto
tiempo, y es necesario para poder funcionar mientras el equipo
estabiliza su consumo de energía, observemos nuevamente la gráfica.
Observen el cuadro hoja de cálculo estimación de cargas, aquí
encontramos un electrodoméstico que necesita una sobretensión de
arranque (Nevera).
Generalmente la sobretensión de arranque de una nevera es de 4 - 5
veces la potencia de este y de equipos como el aire acondicionado es
mayor de cinco veces su potencia.
Teniendo encuentra este análisis vamos a realizar el siguiente
ejemplo: Realizamos un estudio con una nevera marca Challenger de
222 Litros y 133 Watts de consumo. Conectamos la nevera a un
medidor de potencia, esto con el fin de determinar su consumo de
arranque.
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La primera medición fue 768 W en sobretensión de arranque, 2
segundos después de conectado se estabilizo y bajo a 133 W,
aproximadamente un minuto y medio después se apagó el motor.
Analicemos lo siguiente: Si nuestra ficha técnica especifica que la
nevera consume 122 W y lo conecto a un inversor de 300 W, el
inversor inmediatamente se apagaría, esto debido a que no se tuvo en
cuenta la sobretensión de arranque y sobrepasa los límites de la
capacidad del inversor.
Entonces que debemos hacer-.
1. Tomamos la hoja de cálculo de estimación de cargas.
2. Analizamos la potencia total conectada en CA y CD.
3. Determinamos si tenemos equipos que generen alguna potencia
de arranque.
4. Medimos el electrodoméstico o equipo con un medidor de
potencia, esto con el fin de determinar la potencia de arranque
(Podemos aplicar la regla 4X) multiplicamos este valor por la
potencia del aparato, para hallar la potencia de arranque. La
potencia de nuestra nevera es 85 W X 4: 340 Watts Potencia
Pico.
5. Recordemos que nuestra potencia total conectada es 802 W, sin
contar con la potencia de arranque.
6. Analizamos el tipo de inversor que usaremos en nuestro sistema
FV, este debe ser un inversor de onda pura, con una potencia
mayor a 802 W. El inversor más cercano a este valor es 1000 W.
7. El inversor elegido tiene una potencia nominal de 1000 W, este
valor satisface el total de la potencia conectada en CA (802 W).
8. El pico de potencia máxima del inversor es de 2000 W, valor que
alimenta a la potencia de arranque de la nevera (340 W). Es
fundamental que la sobretensión de arranque no sobrepase el
pico de potencia máxima, ya que el inversor entregara la
potencia durante un pequeño tiempo (2 segundos) y luego utiliza
la potencia nominal para alimentar a todas las cargas conectado.
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ESPECIFICACION TECNICA DEL INVERSOR
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A tener en cuenta: Recuenten que nuestro sistema es de 24
voltios, por ende el voltaje de entrada de nuestro inversor deberá ser de 24V. Ver ficha técnica
Conexión en serie y en paralelo de los
paneles y las baterías
Resultados de los cálculos realizados:
Módulos fotovoltaicos: 3 módulos conectados en paralelo, con la
característica de 12 Voltios - 140 Watts – 7.78 Amperios. Batería en
Gel: 2 baterías conectadas en paralelo y 2 en serie de 12 voltios y 200
Amperios – hora. Controlador: 40 Amperios a 24 voltios, Inversor:
1000 W.
Potencia total conectada en
CA
Voltaje del sistema en
CC
Potencia (W) de
sobretensión estimada
Características
del inversor
802
24
340
1000W Potencia
Nominal
2000W Potencia de arranque
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Calculo del Cableado
Sección 1: Dimensionamiento conductores en el circuito fuente fotovoltaico, interconectando los módulos y direccionando estos hasta la caja de empalme o caja de combinación.
Dimensionamiento con guía para circuitos fuente FV En el esquema del circuito podemos observar que no existe unión de cableado en la caja de combinación, este cableado pasa directamente desde la conexión de los módulos hasta el controlador de carga, observen que a medida que se va conectando el cableado este va conduciendo mayor corriente, a diferencia de conexiones con circuitos fuente y circuito de salida. Tome nota, que en el momento que diseñamos un circuito fotovoltaico a 12 voltios este conducirá mayor corriente en el sistema, siendo necesario utilizar un conductor de mayor calibre, a diferencia de los sistemas de 24 y 48 voltios, donde el voltaje y la corriente se comparten. Para calcular el calibre del conductor debemos tener en cuenta la distancia desde los paneles hasta el controlador de carga ubicado en la caja metálica IP65.
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Recordemos la ficha técnica del módulo utilizado en nuestra conexión:
Note que en esta configuración no podemos calcular el cableado de manera seccionada, o sea, calcular un cableado entre el circuito fuente y la caja de combinación, y entre la caja de combinación y el controlador, debido a que no hay empalmes o combinación y el circuito sale directamente conectado al controlado.
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Observen el cable color negro que interconecta el cable negativo de un módulo con el cable positivo del otro, este cableado y su respectiva unión lo podemos calcular con la guía de dimensionamiento de conductores para circuito fuente. Como el Isc del módulo es 8.79 A, elegimos para esta unión el conductor 10 AGW. Este conductor satisfacera la necesidad de las tres conexión en serie realizadas en el circuito fuente, ya que nos permite sumar el voltaje y mantener la misma corriente entre los dos módulos.
Al realizar la conexión en paralelo (positivos y positivos) y (negativos y negativos) como observaron en la imagen, no podemos utilizar el mismo conductor que se utiliza para realizar la conexión en Serie, esto debido a que la conexión en paralelo incrementara la corriente en el circuito fuente. Por ende calcularemos el conductor que pueda transportar esta corriente sin problema.
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Metodología 2: Programa para cálculo de caída de tensión (CT%)
Utilizaremos el software de Procables http://www.procables.com.co/programa-para-calculo-de-caida-de-tension.html para determinar el calibre del conductor, teniendo en cuenta los siguientes datos:
Conductor: Cobre
Corriente: Isc x (# cadenas en paralelo) = 8.79 x (3 módulos) = 23.34
Tensión: vmp x (# módulos en serie) =
18 x (2 módulos) = 36v
Distancia en metros: 4 metros hasta el controlador de carga
http://www.procables.com.co/programa-para-calculo-de-caida-de-tension.htmlhttp://www.procables.com.co/programa-para-calculo-de-caida-de-tension.html
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Resultado: El cálculo del cableado lo podemos realizar desde el circuito fuente hasta el banco de baterías, recuerde que no existirá en la conexión la caja de empalme, que permita realizar un cálculo seccionado. Calcularemos nuestra conexión con una caída de voltaje del 2%, esta corrección la realiza el software de pro cables. El resultado obtenido es el conductor AWG #10, este cumplirá con los requerimientos técnicos para para conducir perfectamente los 23.34 Amperios en 4 metros de distancia hasta el controlador de carga. Existe otra fórmula para determinar el conductor, revisemos la metodología 3. Metodología 3: Índice caída de voltaje
Pies: distancia del alambre – 13.12 PIES – Recuerde que 1M = 3.28 pies
Amperios: Amperios máximos del circuito – 23.34 A
Voltaje: Voltaje del sistema – 24 Voltios
% caída de voltaje: entre 2% y 5% - Caída de voltaje elegido 2%
ICV: 13.12 X 23.34 = 306.2 = 6.3
24 X 2 48
-
Alambre AWG
Cable de cobre ICV
Corriente
4/0 99 230
3/0 78 200
2/0 62 175
1/0 49 150
2 31 115
4 20 85
6 12 65
8 8 50
10 5 30
12 3 20
14 2 10
El resultado obtenido fue 6.3 y contrastado con la tabla ICV, podemos inferir que el conductor a utilizar se encuentra entre el calibre 8 y 10. Tomamos el mayor calibre para tener certeza que pueda conducir sin problemas los 23.34 amperios que pasaran por el circuito.
Analicen lo siguiente, la distancia entre el controlador y las baterías es de un metro, comparado con la distancia entre los módulos FV y el controlador de carga 4 metros. La distancia genera una resistencia en el paso de corriente por el conductor, a menor distancia menor resistencia, es por esto que 23.34 amperios puede ser transportado por un conductor de menor calibre.
Realicemos los cálculos con el programa de caída de tensión, para corroborar esto. Calcule con cualquier calibre y observe que la caída de voltaje no supere lo permitido 2%.
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Análisis final: Utilizaremos el conductor calibre AWG 10 entre el circuito fuente y el banco de baterías. Este nos soportara el paso de corriente en un conductor de 4 metros, si la conexión entre algún componente supera este límite, debemos realizar los cálculos por separado.
- Circuito fuente – Controlador de carga
- Controlador - Banco de baterías
Sección 4: Cableado desde la batería hasta las cargas en corriente directa o continúa CC.
No aplica, el sistema no tiene diseñado conexiones de equipos o bombillos a 12 voltios (CC). Si se fuera a calcular el sistema con cargas en corriente continua o directa tendríamos que realizar las formular que se encuentran en el módulo cableado.
Sección 5: Cableado desde la batería al inversor
El total de cargas conectadas en nuestro sistemas será de 802 watts,
para lo cual conectaremos un inversor de 1000 Watts a 24 Voltios
(Potencia configurada de nuestro sistema). Nuestro cliente nos solicita
que conectemos un inversor con un rango más amplio para conectar a
futuro luminarias adicionales. Para realizar el cálculo del cableado que
se encuentra entre el inversor y el banco de baterías es necesario ver
las especificaciones técnicas del fabricante.
-
El fabricante nos expone en su ficha técnica lo siguiente:
Todo inversor cuenta con dos cables de conexión en CC, por lo
general de 1.5 metros de largo. Si el inversor se encuentra a una
distancia superior de 1.5 metros, debemos ajustar el calibre del
cableado al menos dos veces. La longitud máxima recomendada de
los cables es de 5 metros1.
Los inversores disponen de un fusible CC interno (ver ficha técnica). Si
la longitud del cable CC se incrementa en más de 1,5 m, se deberá
insertar un fusible o disyuntor CC adicional cerca de la batería.
1 Victron Energy
-
Tomamos la ficha técnica y observamos que el inversor cumple con
los requerimientos: 24 voltios y 1200 watts.
Debemos tener en cuenta que a 25° centígrados el inversor trabaja a
1200W mientras que entre 25° y 40° disminuye su capacidad de
funcionamiento. El inversor se puede operar con una tensión entre 120
y 230 voltios. Para nuestro caso el sistema interno es a 120 voltios.
Nota:
- Los inversores disponen de dos cables de 1,5 metros de longitud, si la conexión necesita ser alargada, debe realizarse como máximo a 3 metros de longitud desde las baterías al inversor. Al ser incrementado la longitud es necesario colocar un fusible en CC adicional cerca a la batería.
- Observe detenidamente la ficha técnica del inversor, el fabricante específica el tamaño o calibre del conductor.
- Hemos conocido muchas personas que intentan realizar instalaciones FV y dañan el inversor. Esto debido a que no dimensionan correctamente el conductor, el amperaje, voltaje y la potencia permitida.
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Calculo de los medios de desconexión
Tomamos la corriente de cortocircuito del módulo, el número de
circuitos en paralelo y multiplicamos por el factor de seguridad y
ambiente 1.25.
El medio de desconexión que utilizaremos entre el circuito fuente y el banco de baterías será de 40 A.
Observemos en el siguiente grafico la posición del medio de
desconexión.
Corriente de corto circuito del módulo
FV Isc
X
Circuitos en
paralelo
Factor de seguridad
y ambiente
1.25
=
Capacidad
del interruptor
Capacidad
del interruptor
más cercano
8.79 A X 3 1.25 = 32.9 A 40 A
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Polo a tierra
El sistema contara con una conexión de polo a tierra a la altura del
circuito fuente y en la puesta a tierra en el lado CA.
Unimos la estructura del soporte de los módulos y el marco en
aluminio, conducimos a la puesta a tierra, este sistema se puede
emplear cuando se encuentra en un poste. De lo contrario podemos
aterrizar el sistema el sistema bajo la figura Negativo puesto a tierra,
que significa esto, conectamos en algún punto del sistema después
del circuito de salida el polo a tierra en el cable negativo.
Es importante aterrizar los componentes metálicos del sistema. Al
observar la anterior figura pueden darse cuenta que la tierra está
conectada a la caja IP65, donde se encuentran los equipos con chasis
metálico.
La NEC dice que un sistema debe ser aterrizado a tierra cuando está
por encima de los 50 voltios. Si usted tiene un circuito por debajo de
50 voltios y no desea aterrizarlo a tierra, deberá colocar en el
conductor positivo y negativo un medio de desconexión.
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Orientación de los paneles y declinación
magnética
Ubicamos geográficamente el sitio solar en la página web
http://www.magnetic-declination.com/#, este proyecto se ubicara en la
ciudad de Bogotá, sede escuela casa solar.
¿Cómo interpretamos los resultados? La latitud (Latitude) del sitio
solar es 4° 41” 45.1 N este será el parámetro que tomaremos para
determinar el ángulo de inclinación de nuestro arreglo fotovoltaico.
La declinación magnética (Magnetic declination) es negativa hacia el
Oeste (-7° 1”), será el valor que desviaremos para hallar el Norte
Verdadero o Norte Geográfico, esto nos permitirá orientar nuestro
arreglo fotovoltaico.
http://www.magnetic-declination.com/
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Orientación de los paneles y declinación magnética
para el lugar donde se instalara el proyecto (Bogotá)
Los módulos deben estar orientados hacia el sur verdadero,
Buscando siempre dirección a la línea de ecuatorial
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Seguridad y puesta en marcha de un
sistema fotovoltaico
Advertencia: La electricidad debe realizarla personas calificadas y competentes. La escuela casa solar realiza fundamentos teóricos aplicados en la práctica, en el diseño e instalaciones de sistemas fotovoltaicos. Recuerde que nuestro interés es que tu comprendas los fundamentos de la planeación, el diseño e instalación de un sistema fotovoltaico y te conviertas en empresario. Ser empresario no significa saberlo todo, en el mercado hay mucho conomiento disponibles “Técnicos eléctricos” que necesitan ser contratados. Que significa esto, que tú como empresario debes saber planear, diseñar e implementar un sistema fotovoltaico y la personas que contrates será quien conecte lo sistemas, las habilidades de conexión las iras aprendiendo en el largo camino de la vida. Tienes todo para llegar al éxito, eso es lo buscamos en nuestro empresa, generar ideas de negocio en el campo de las energías renovables en especial de la energía solar fotovoltaica.