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CÒMO DISEÑAR UN SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO

En este artículo vamos a desarrollar paso a paso cómo diseñar un sistema solar fotovoltaico.

El sistema solar fotovoltaico o el sistema de energía solar es uno de los sistemas de energía renovable que utiliza módulos fotovoltaicos para convertir la luz solar en electricidad

La electricidad generada puede almacenarse o usarse directamente, retroalimentarse en la línea de la red o combinarse con uno o más generadores de electricidad o con más fuentes de energía renovable.

El sistema solar fotovoltaico es una fuente de electricidad limpia y muy confiable que puede adaptarse a una amplia gama de aplicaciones, como residencia, industria, agricultura, ganadería, etc.

Componentes principales del sistema

El sistema PV solar incluye diferentes componentes que se deben seleccionar de acuerdo con el tipo de sistema, la ubicación del sitio y las aplicaciones.

Los principales componentes del sistema FV solar son el controlador de carga solar, el inversor, el banco de baterías, las fuentes de energía auxiliares y las cargas (electrodomésticos).
•   Módulo fotovoltaico : convierte la luz solar en electricidad de CC.
•   Controlador de carga solar : regula el voltaje y la corriente provenientes de los paneles fotovoltaicos que van a la
batería y evita la sobrecarga de la batería y prolonga la vida útil de la batería.
•   Inversor : convierte la salida de CC de los paneles fotovoltaicos o de la turbina eólica en una corriente de CA limpia paradispositivos de CA o retroalimenta en la línea de la red. 

  •   Batería : almacena energía para suministrar a los electrodomésticos cuando hay demanda.
•   Carga : son aparatos eléctricos que están conectados a un sistema FV solar, como luces, radio, TV, computadora,
refrigerador, etc.
•   Fuentes de energía auxiliares : es un generador diesel u otras fuentes de energía renovables




Cómo diseñar un sistema solar fotovoltaico

cómo diseñar un sistema solar fotovoltaico

Para saber cómo diseñar un sistema solar fotovoltaico debemos considerar las  siguientes variables que intervienen . 

1. Determine las demandas de consumo de energía

El primer paso en el diseño de un sistema FV solar es conocer la potencia total y el consumo de energía de todas las cargas que deben ser alimentadas por el sistema fotovoltaico solar de la siguiente manera:
 

1.1 -Calcule el total de vatios-hora por día para cada aparato utilizado.
Agregue los vatios-hora necesarios para todos los dispositivos para obtener el total de vatios-hora por día que
debe entregarse a los dispositivos.

     1.2 Calcule el total de vatios-hora por día necesarios de los módulos fotovoltaicos. Multiplique el total de aparatos por hora-vatios por día por (la energía perdida en el sistema) para obtener
el total de vatios-hora por día que deben proporcionar los paneles.

2. Tamaño de los módulos fotovoltaicos

Diferentes tamaños de módulos fotovoltaicos producirán diferentes cantidades de potencia. Para conocer el tamaño del módulo fotovoltaico, el vatio pico total producido necesario.
El vatio pico (Wp) producido depende del tamaño del módulo fotovoltaico y el clima de la ubicación del sitio.
Tenemos que considerar el “factor de generación de panel” que es diferente en cada ubicación del mundo.
Para Tailandia, el factor de generación del panel es 3.43. Para determinar el tamaño de los módulos fotovoltaicos, calcule de la siguiente manera:
 

     2.1 Calcule la calificación total Watt-p necesaria para los módulos fotovoltaicos
Divida el total de vatios-hora por día necesarios de los módulos fotovoltaicos (del punto 1.2) por 3.43 para obtener
la calificación total Watt-Piconecesaria para los paneles fotovoltaicos necesarios para operar los dispositivos .

     2.2 Calcule el número de paneles fotovoltaicos para el sistema
Divida la respuesta obtenida en el ítem 2.1 por la potencia nominal Watt-picode los módulos fotovoltaicos disponibles
para usted. Aumente cualquier parte fraccionaria del resultado al siguiente número completo más alto y esa será la
cantidad de módulos FV requeridos.




El resultado del cálculo es el número mínimo de paneles fotovoltaicos. Si se instalan más módulos fotovoltaicos, el sistema tendrá un mejor rendimiento y se mejorará la vida útil de la batería.
Si se utilizan menos módulos fotovoltaicos, es posible que el sistema no funcione en absoluto durante los períodos nublados y la vida útil de la batería se acortará.
 
3. Tamaño del inversor
 
Se usa un inversor en el sistema donde se necesita una salida de potencia de CA. La clasificación de entrada del inversor nunca debe ser menor que el vatio total de los dispositivos. El inversor debe tener el mismo voltaje nominal que su batería.
Para sistemas autónomos, el inversor debe ser lo suficientemente grande como para manejar la cantidad total de vatios que utilizará al mismo tiempo. El tamaño del inversor debe ser un 25-30% mayor que el total de vatios de los electrodomésticos.
En el caso de que el tipo de artefacto sea el motor o el compresor, el tamaño del inversor debe ser un mínimo de 3 veces la capacidad de esos artefactos y debe agregarse a la capacidad del inversor para manejar la sobrecorriente durante el arranque.
Para sistemas de conexión a red o sistemas conectados a la red, la clasificación de entrada del inversor debe ser la misma que la clasificación de la disposición de PV para permitir un funcionamiento seguro y eficiente.

4. Tamaño de la batería

El tipo de batería recomendado para usar en el sistema FV solar es la batería de ciclo profundo. La batería de ciclo profundo está específicamente diseñada para ser descargada a bajo nivel de energía y recargarla rápidamente o cargarla y cargarla en ciclo día tras día durante años.
La batería debe ser lo suficientemente grande como para almacenar energía suficiente para operar los aparatos por la noche y en días nublados. Para conocer el tamaño de la batería, calcule de la siguiente manera:

4.1 Calcule el total de vatios-hora por día utilizado por los electrodomésticos.
 4.2 Divida el total de vatios-hora por día utilizado por 0,85 para la pérdida de batería.
 4.3 Divida la respuesta obtenida en el ítem 4.2 por 0.6 para la profundidad de descarga.
    4.4 Divida la respuesta obtenida en el punto 4.3 por el voltaje nominal de la batería.
     4.5 Multiplique la respuesta obtenida en el ítem 4.4 con días de autonomía (el número de días que
necesita que el sistema opere cuando no hay energía producida por paneles fotovoltaicos) para obtener la
capacidad requerida de Ampere-hora de la batería de ciclo profundo.

Capacidad de la batería (Ah) = Watt-horas totales por día utilizadas por los electrodomésticos x Días de autonomía
(0,85 x 0,6 x tensión nominal de la batería)

5. Tamaño del controlador de carga solar

El controlador de carga solar se clasifica típicamente contra las capacidades de amperaje y voltaje. Seleccione el controlador de carga solar para que coincida con el voltaje de la matriz FV y las baterías y luego identifique qué tipo de controlador de carga solar es el adecuado para su aplicación.
Asegúrese de que el controlador de carga solar tenga capacidad suficiente para manejar la corriente de la matriz FV.
Para el tipo de controlador de carga en serie , el dimensionamiento del controlador depende de la corriente de entrada PV total que se entrega al controlador y también depende de la configuración del panel fotovoltaico (configuración en serie o en paralelo).
De acuerdo con la práctica estándar, el tamaño del controlador de carga solar es tomar la corriente de cortocircuito (Isc) de la matriz FV, y multiplicarla por 1,3
Clasificación del controlador de carga solar = Corriente de cortocircuito total de la matriz PV x 1.3

Ejemplo: una casa tiene el siguiente uso de electrodomésticos:

  • Una lámpara fluorescente de 18 vatios con balastro electrónico utilizada 4 horas por día.
  • Un ventilador de 60 vatios utilizado durante 2 horas por día.
  • Un refrigerador de 75 vatios que funciona las 24 horas del día con un compresor funciona 12 horas y se apaga 12 horas.

El sistema funcionará con un módulo fotovoltaico de 12 V CC y 110 Wp.

1. Determine las demandas de consumo de energía

Uso total del electrodoméstico = (18 W x 4 horas) + (60 W x 2 horas) + (75 W x 24 x 0.5 horas)
 = 1,092 Wh / día
La energía total de paneles fotovoltaicos es necesaria= 1,092 x 1,3
 = 1,419.6 Wh / día.

2. Tamaño del panel fotovoltaico

2.1 Wp total de la capacidad del panel fotovoltaico
necesaria
= 1,419.6 / 3,4
 = 413.9 Wp
2.2 Número de paneles fotovoltaicos necesarios= 413.9 wp / 110 wp
 = 3.76 módulos

Requisito real = 4 módulos

          Por lo que este sistema debe ser alimentado por al menos 4 módulos de 110 Wp módulo PV.

3. Tamaño del inversor
Vatio total de todos los electrodomésticos = 18 + 60 + 75 = 153 W
Por seguridad, el inversor se debe considerar 25-30% más grande.
    El tamaño del inversor debe ser de aproximadamente 190 W o más.

4. Tamaño de la batería
Uso total de los electrodomésticos = (18 W x 4 horas) + (60 W x 2 horas) + (75 W x 12 horas)
Voltaje nominal de la batería = 12 V
Días de autonomía = 3 días

    Capacidad de la batería = [(18 W x 4 horas) + (60 W x 2 horas) + (75 W x 12 horas)] x 3
(0,85 x 0,6 x 12)
Tiempo amperio total requerido 535.29 Ah
    Por lo tanto, la batería debe ser calificada 12 V 600 Ah para 3 días de autonomía.

5.

Especificación del módulo PV del dimensionamiento del generador de carga solar
Pm = 110 Wp
Vm = 16.7 Vdc
Im = 6.6 A
Voc = 20.7 A
Isc = 7.5 A
Clasificación del controlador de carga solar = (4 cadenas x 7.5 A) x 1.3 = 39 A
Entonces la carga solar el controlador debe tener una clasificación de 40 A a 12 V o más.

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