SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A RED -...
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SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A RED
Componentes principales
Arreglo de paneles
Inversor DC/AC con MPPT
Medidor de energía (uno bidireccional o dos para producción y consumo)
Tablero con dispositivos de maniobra y protecciones
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SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A RED
Características
Al prescindir del banco de baterías, disminuye el costo del sistema.
Se inyecta a la red cuando la energía generada por los paneles excede a la consumida en la instalación, y se toma de ésta cuando la energía generada es inferior a la necesaria.
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Demanda
Generación
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Configuraciones de medidores (sistema residencial)
Medidor neto único
Es el más simple. Emplea un único medidor en la entrada de la instalación.
Cuenta hacia adelante cuando toma energíade la red y hacia atrás cuando inyecta.
No permite discriminar entre la energía que se inyectó y la que se tomó de la distribuidora.
Registra el consumo neto.
Medición dual
Se tienen dos medidores para registrar por separado la energía neta consumida y la producida por el sistema fotovoltaico.
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Configuraciones de medidores (sistema residencial)
Medidor bidireccional
Registra la energía en las dos direccionespor separado, permitiendo discriminar entre la energía consumida y la producida.
El esquema de facturación puede ser neta o diferenciada.
La Ley 27424 establece la facturación neta y medición bidireccional con registros separados.
Pueden incluir comunicación y funciones adicionales (medidores inteligentes).
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Medidores inteligentes
Permiten medir y gestionar la energía en redes inteligentes.
Incluyen diversas funciones:
Medición bidireccional.
Transmisión de información (PLC, inalámbrico) en ambas direcciones (distribuidora y usuario).
Usuario: control de la energía consumida y gestión inteligente de cargas.
Distribuidora: asignar un costo a la energía según la hora en que es consumida, conocer en tiempo real el estado de la red y el consumo de los usuarios las 24 hs, gestionar la demanda, planificar la operación, discriminar cargas de vehículos eléctricos, etc.
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Sistemas con inversor central
Topología tradicional, sencilla, fácil mantenimientoy operación. No escalable.
Cableado en CC extenso, caja de conexiones especial.
El sombreado parcial afecta al arreglo completo. Dificultad en el seguimiento del MPP. Mayores pérdidaspor disparidad en las características de los paneles
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250 kVA
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Sistemas con inversores de cadena o string
Un inversor por cada string del arreglo.
El seguimiento del MPP se realiza en forma independiente para cada cadena. Aumenta la extracción de potencia.
La falla de un inversor disminuye la potenciapero la planta sigue funcionando.
Aumenta el costo de instalación, operación y mantenimiento. Fácil de escalar.
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Sistemas con microinversores
Baja tensión en DC
Los paneles operan por separado
Fácil reconfiguración del arreglo
Apropiados para operar en condiciones de sombreado parcial, diferentes orientaciones e inclinaciones de los paneles (insolación)
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MPPT integrado Enphase Energy
220V / 190 o 200 W de salida
Para módulos de 60 a 84 celdas
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Inversores
Pieza clave del sistema. Convierten CC en CA e incluyen el seguidor del punto de máxima potencia (MPPT) del arreglo, string o panel.
Dado que interactúan con la red de distribución (pública) no pueden interferir con la operación normal de la red ni con otros dispositivos conectados a ésta.
Es obligatorio que se ajusten a estándares y regulaciones estrictas. En Argentina, la reglamentación AEA 90364-7-712, establece las características que debe cumplir una instalación fotovoltaica en edificaciones residenciales que inyectan energía a la red de distribución.
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Inversores (cont.)
Características necesarias
Debe inyectar corriente sinusoidal, con la misma frecuencia que la red (en sincronismo), y con baja distorsión armónica.
Debe desconectarse en forma automática en caso de falla de la red (anti isla).
Debe evitar la inyección de CC a la red (aislación adecuada).
Arranque automático en presencia de insolación suficiente y parada automática cuando la insolación es insuficiente.
Buena eficiencia aún con baja carga.
Confiabilidad y vida útil relativamente amplia.
Tensión de entrada compatible con el arreglo de paneles (Voc y temp.).
Filtrado en el lado de CC para evitar oscilaciones en torno al MPP.
Inmunidad ante comandos de red.11
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Inversores (cont.)
Eficiencia
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5 10 20 30 50 1000.03 0.06 0.13 0.1 0.48 0.2EU
CA
CC
P
P
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Energía (AC) producida por el sistema (método aproximado)
Con área de paneles A y rendimiento promedio
Potencia del sistema para la radiación GSTC= 1 kW/m2
Dividiendo (m. a m.) ambas expresiones y despejando
Definiendo la productividad de referencia (equivalente a horas de sol pleno)
y expresando la potencia de AC en función de la de DC en STC15
2 2(kWh/día) kWh/m día miE H A
2 2
2 2
AC,1kW/m 1kW/mkW kW/m mSTCP G A
2
2
2
AC,1kW/m2
1kW/m
kWh/m día(kWh/día) kW
kW/m
i
STC
HE P
G
En este método se aproxima a 1
AC, 1kW DC,1kW inv DC,STC invT GP P P k k
2
2
kWh/m/ día
kW/m
iR
STC
HY
G
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Energía (AC) producida por el sistema (método aproximado)
Resulta
Los factores involucrados en el rendimiento de conversión se dividen en
De captación
Por temperatura kT : la celda opera a una temperatura diferente a la de STC.
Por otros factores kG : disparidad en las características de los paneles, suciedad acumulada, nieve, sombreado, tolerancia en el rendimiento de los módulos, reflexiones por ángulo de incidencia bajo, pérdidas óhmicas, etc.
Del sistema
Eficiencia del inversor ηinv
Considerando el efecto combinado de todos los factores se puede perder entre un 20% y un 40% respecto de STC.
Productividad total (kWh/kWp/día) e índice de rendimiento (PR) 16
DC,STC(kWh/día) R T G invE Y P k k
DC,STC
F R T G inv
EY Y k k
P F
T G inv
R
YPR k k
Y
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Factor de corrección por temperatura
Es uno de los factores más importantes en la reducción de la potencia del arreglo
La temperatura real de la celda para la temperatura ambiente y radiación 1kW/m2 es
Utilizando las condiciones reales, el rendimiento resulta
donde cT es el coeficiente de variación de la potencia con la temperatura en el MPP (dato fabricante).
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20 C1
0.8celda amb
NOCTT T
2 ,, 1kW/m
, ,
1 ( 25 C)1 ( 25 C)
DC STC T celdaDC
T T celda
DC STC DC STC
P P c Tk c T
P P
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Factor de corrección por otros fenómenos
Tolerancia en la potencia indicada por el fabricante
Normalmente se adopta el peor caso.
Disparidad en las características de los paneles
Si se combinan paneles o ramas con diferentes características, la potencia entregada es inferior a la suma. Normalmente se considera una pérdida del 3%.
Suciedad en los módulos
Depende de la época del año y del régimen de limpieza.
Pérdidas óhmicas
Incluye las pérdidas en conductores, fusibles, diodos, etc. Normalmente inferior al 2%.
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Ejemplo para un arreglo de 1kW STC
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Baja para inversores actuales
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Factores de capacidad típicos
Representa el porcentaje de tiempo que el sistema produce energía a potencia nominal.
Por ejemplo en base anual
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,,//
8760 horas 8760 horas
/
8760 horas 8760 horas
horas de sol pleno anuales
8760 horas
DC STC T G invAC nom
F R
E P k kE PCF
Y PR Y
Factores de capacidad en algunas ciudades de EE.UU.
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Dimensionamiento del sistema
Características principales
No es tan crítico como el de un sistema aislado
Costo directamente proporcional a la potencia (aprox.)
Está limitado por el área (y orientación) disponible para instalar el arreglo de paneles
Es importante estimar la energía anual para evaluar el costo/beneficio
En la decisión final intervienen además las cuestiones estéticas y el costo de una u otra alternativa.
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Ejemplo de dimensionamiento
Se desean generar 3600 kWh/año para una vivienda
Latitud 37°N
Los paneles se montan en el techo, inclinación aprox. L-15
Utilizaremos valores promedios anuales (se puede hacer mes a mes, o inclusive día a día)
Insolación 5.7 kWh/(m2 día) - Promedio anual sobre superficie inclinada L-15.
Rendimiento de conversión anual de 0.75.
Determinar cantidad de paneles e inversor.
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Ejemplo de dimensionamiento (cont.)
Paneles
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2300WCant. panles 14.6 paneles
158W/panel 14 o 15?
La elección depende de
la tensión del inversor
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Ejemplo de dimensionamiento (cont.)
Inversor
Verificar que con la mínima temperatura ambiente, la tensión de circuito abierto del arreglo no supere la máxima del inversor.
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SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Representación normalizada de energía y potencia
Es útil para comparar la producción de energía de instalaciones fotovoltaicas de diferente tamaño y en diferentes lugares.
Se divide la energía generada por los paneles o por el sistema un período (día, mes o año) por la potencia nominal (STC) del arreglo de paneles.
Productividad final o total
Se puede interpretar como la cantidad de horas que la instalación funciona a potencia nominal en el período considerado(factor de capacidad). 25
p
kWh(día, mes o año)
kW
outF
STC
EY
P
kWh (día, mes o año)out F STCE Y P
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Representación normalizada de energía y potencia (cont.)
El concepto se puede extender a los procesos intermedios
Productividad del arreglo de paneles
Interpretación:
Cantidad de horas que la instalación tiene que funcionar a potencia nominal (STC) para generar la energía EA (DC) en el período considerado.
Productividad de referencia (radiación en el lugar)
Interpretación:
Cantidad de horas de sol pleno (1 kW/m2) que se necesitan para que los paneles reciban la irradiación Hi.
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p
kWh(día, mes o año)
kW
AA
STC
EY
P
2
2
kWh/m(día, mes o año)
1kW/m
iR
STC
HY
G
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Representación normalizada de energía y potencia (cont.)
Pérdidas de la instalación
De captura
Por temperatura (LCT): se debe a que la temperatura de la celda es diferente a la de STC (25°C).
Por otros factores (LCM):
Tolerancia en la potencia del módulo
Apantallamiento, suciedad, nieve e irregularidad en la radiación.
Desapareamiento entre módulos y ramas
Fallas del inversor (conectados a red) o carga completa de batería (aislados)
Reflexión en la cubierta transparente por ángulos de incidencia bajos
Del sistema o BOS (balance of system)
Incluye las pérdidas en el inversor 27
C R A CT CML Y Y L L
S A FL Y Y