Vamos a estudiar y desarrollar con un ejemplo los
cálculos necesarios para la correcta elección y dimensionado de todos
los componentes de una instalación solar fotovoltaica aislada de la red
eléctrica en una vivienda.
Lo haremos paso a paso y explicando todo para que no queden dudas.
Ya sabes que toda la información sobre las
instalaciones fotovoltaicas la tienes en la siguiente web:
Fotovoltaica.
Pero antes de empezar, queremos recomendarte este fantástico libro con el podrás calcular y diseñar todo tipo de instalaciones fotovoltaicas, así como aprender el funcionamiento de todos los componentes que las forman:
Indice de Contenidos
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Datos Iniciales
-
Orientación e Inclinación de los Paneles
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Orientación
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Inclinación
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Consumo de los Receptores
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Consumo Real
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Prevision de Potencia
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Elección de la Tensión
-
Calcular el Número de Paneles
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Horas de Sol Pico (HSP)
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Paneles
Fin de Semana o Diario
-
Potencia del Generador
Fotovoltaico
-
Conexión Placas Fotovoltaicas
-
Distancia entre Fila de Paneles
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Cálculo de la Bateria
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Cálculo del Regulador
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Cálculo del Inversor
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Cálculo de la Sección de los Conductores
-
Terminales Para Conectar los Paneles
-
Otros Ejemplos de Cálculos
Datos
Instalación aislada de la red, situada en Madrid (latitud 40,42º).
Para alimentar los receptores que veremos más adelante en el apartado de
consumos.
Orientación e Inclinación
de los Paneles
Orientación
de los Paneles
La orientación óptima de los módulos fotovoltaicos es siempre mirando al
Sur.
OJO si la instalación estuviera en el hemisferio Sur, la orientación óptima sería el Norte.
Este ángulo se llama
acimut o azimut y se representa por la
letra
α.
Una desviación de este ángulo de hasta 15º respecto a la orientación óptima hace disminuir muy
poco la radiación solar captada por nuestros paneles, por lo que no habría
problema.
Pero ¡¡¡OJO!!!, deben evitarse desviaciones superiores a este valor, y en caso de ser
mayores tendremos que realizar los cálculos por pérdidas por orientación e
inclinación y comprobar que están dentro de los límites permitidos.
Ver:
Pérdidas
Fotovoltaica
En nuestro caso colocamos los paneles en direccion Sur, con la orientación
óptima, es decir:
Acimut = 0º
Inclinación
de los Paneles
La inclinación óptima de los módulos siempre depende de la latitud del lugar
donde se vayan a instalar y de si son instalaciones aisladas de la red
eléctrica,
conectadas a red
o de
autoconsumo.
Hay varios métodos.
El más sencillo según IDAE para las aisladas es:
En nuestro caso sería 40,42 + 10 = 50,42º
Otro método muy utilizado es
el del mes crítico.
Si el mes en el que tenemos menos irradiación (energía que nos llega del
sol) aseguramos que podemos suministrar el consumo, el resto de meses iremos
sobrados, eso es precisamente lo que haremos
Para este método, el más fiable, tenemos que tener la tabla de irradiación
media diaria en función de ángulo y por meses (Gdm).
Recuerda, irradiación es la energía solar por unidad de superficie (m2)
También la tabla de consumos medios diarios en cada mes durante un año.
Elegimos el mes crítico y dividimos el consumo/irradiación de ese mes, y
hacemos otra tabla con los resultados de estas divisiones.
Más adelante veremos un ejemplo de tablas..
El mes crítico siempre es el mes en el que menos radiación solar tenemos y
depende del hemisferio en el que estemos.
Por ejemplo, en el Hemisferio Norte suele ser Enero o Diciembre.
Con la tabla diseñada Consumo/radiación, el ángulo de inclinación óptimo
será en el mes crítico y cuya relación entre consumo/irradiación sea la
menor.
Que sea el menor número, significa que es el ángulo en el que es mayor la
irradiación comparada con el consumo.
Por ejemplo, si fuera 1,5 quiere decir que es 1,5 veces mayor el consumo que
la irradiación en ese ángulo
Si hay más consumo que radiación No vale, ya que gastamos más que obtenemos.
Si fuera 0,5 significa que la irradiación es el doble que el consumo y
entonces sí valdría.
Cuanto más pequeña sea la relación, mejor será.
Aquí tienes las 3 tablas para el caso propuesto:
La primera tabla son datos de la irradiación media diaria para cada mes en
wh/m2.
La segunda, los consumos.
La tercera es el cociente: consumo / irradiación
Seleccionamos el mes crítico, que es Enero.
Se marca en azul los cocientes entre la irradiación/y el consumo en enero,
para cada ángulo en el mes de enero .
La menor relación nos sale para el ángulo de 60º = 0,694
Luego la inclinación óptima para nuestros paneles será de 60º.
Hay varios métodos para el cálculo de la inclinación óptima, puedes verlos todos aqui:
Cálculo Inclinación Paneles Solares.
Nota: en caso de no colocar nuestros módulos o paneles fotovotoltaicos con
la orientación e inclinación optima deberemos calcular las pérdidas
producidas, para comprobar que no se superan las permitidas por el el IDAE.
Si quieres saber cómo se calculan las pérdidas por no colocarlos con la
inclinación óptima visita:
Pérdidas en Fotovoltaica
Mediante este método, el mes crítico, ya sabemos los datos de la irradiación
del lugar que nos proporciona la primera tabla, datos que nos servirá para
calcular las horas de sol pico (HSP), que más adelante explicaremos.
La irradiación en enero para 60º es de 3.113 wh/m2 al día, que es la
más baja de todas y siempre es la que tendremos que utilizar para
calcular las horas de sol pico.
Consumo de los
Receptores
Este puede ser el paso más complicado, pero también el más importante a la
hora de diseñar nuestra instalación fotovoltaica aislada.
Hacer una buena
estimación de la potencia y del consumo es esencial para dimensionar
correctamente la instalación y no tener problemas de suministro.
La recomendación es comprar
todos los electrodomésticos de la
mayor eficiencia energética, a ser posible A+++, ya que el consumo
será menor
y todos los elementos de la instalación serán más baratos.
Nota:
Consumo es lo mismo que energía y se expresa en wh/dia y
Carga es lo
mismo que potencia.
Energia = Consumo
Potencia = Carga
Previsión
de Energía consumida = Previsión de Consumo en wh/dia (vatios hora
al día)
Previsión de
Carga = Previsión de Potencia en w (vatios)
Para hacer el
cálculo del consumo estimado en wh al día
(wh/dia) tenemos
varias opciones.
Nosotros en este ejemplo utilizaremos la que consideramos la mejor.
Si quieres ver las otras opciones visita:
Consumos y Potencia en
Fotovoltaica
Si conocemos los electrodomésticos que se usarán en
la vivienda exactamente, entonces
se sumarán
los consumos diarios de cada uno de los electrodomésticos (receptores).
Estos consumos suelen venir en las etiquetas de los aparatos.
Si no sabemos
los consumos pero
sabemos la potencia de cada electrodomésticos,
los consumos de cada uno
se calcula multiplicando la potencia de cada
receptor por el número de horas que se estima estará conectado a la
instalación en un día.
La suma de todos estos consumos será el consumo total de los receptores, en
muchos libros se llama "Consumo Teórico".
Veamos como calculamos el consumo estimado de nuestra instalación:
- Bombillas o
lámparas en corriente contínua: 8 unidades x 10 vatios (100%) x 4 horas al día = 320
Wh/diario
Nota: Muchas instalaciones utilizan lámparas de corriente
contínua conectadas directamente a la salida de cc del regulador.
Cuando el generador fotovoltaico está generando energía la utiliza
directamente del propio generador, por la noche cogería la energía de las
baterias por medio del regulador.
Ventajas: menos energía y potencia en corriente alterna y por lo tanto menor
será el inversor necesario y menores las pérdidas en el propio inversor.
Incovenientes: los electrodomésticos en corriente continua, e incluso la
iluminación suelen ser más caros que los de corriente alterna.
Nosotros ponemos la iluminación en corriente continua para que al cálculo
sea mas amplio.
- Nevera o
refrigerador: 12 h/día x 200 W = 2.400 Wh/diario.
La nevera o
refrigerador solo consume cuando trabaja el compresor para mantener la
temperatura en el interior, sobretodo cuando abrimos y cerramos la puerta.
El compresor es el que tiene una potencia de 200w.
Podemos considerar que
solo trabajará la mitad del tiempo (50% = 12h), que es nuestro caso.
La lavadora conseguimos el consumo gracias a su etiqueta ecológica que ponia
que consumía 547,5Kw/año:
547,5 x 1.000 = 547.500 wh/año
547.500 / 365 dias el año= 1.500 wh al día.
-
Lavadora: 1.500wh al día
- Microondas: 900w x 0,5h = 450 Wh/diario
- Pequeños electrodoméstico: 500w x 0,2 = 100 wh al día
Nosotros agrupamos los pequeós electrodomésticos, pero podríamos ir uno por
uno, teniendo en cuenta que hay algunos
receptores que no se utilizan todos los días,
por ejemplo una plancha.
Imagina que utilizamos la plancha de 600w, 2 horas
al día durante 3 días a la semana:
Pplanchaprevista = 300 x 2 x 3/7 = 257wh/dia.
¿Por qué ponemos 3/7?
Pues
porque si fuera utilizada todos los días sería 7/7, como solo son 3 días es
3/7.
Si no sabes o no tienes posibilidad de saber las potencias reales de los
electrodomésticos aquí te dejamos una tabla que te puede ayudar para hacer
la previsión de potencia.
Siguiendo con nuestro caso, si sumamos los consumos, incluyendo la plancha, tenemos:
Total consumo Receptores en corriente contínua: 320
Wh/diario
Total consumo receptores en corriente alterna: 2.400 +
1.500 + 450 + 100 + 257= 4.707 wh al día.
Consumo Total de Receptores o Teórico = 320 + 4.707 wh a día = 5.027
wh/dia
Consumo Real
El consumo calculado anteriormente es el consumo de los receptores después
del inversor.
El problema es que los propios equipos del generador fotovoltaico, el
regulador, las baterías y el inversor, tambien consumen energía en su
funcionamiento y en ellos se producen pérdidas entre su entrada y su salida.
Por ejemplo, el rendimiento del inversor suele ser del 95%, lo que significa
que pierde un 5% de la energía desde que entra por el inversor hasta que
sale.
Esto quiere decir que deberemos de generar más energía en los módulos
fotovoltaicos para que nos llegue la energía necesaria que consumen los
receptores.
Energía Generada Real = Energía Receptores + Consumo y pérdidas en los aparatos
de la instalacion.
El consumo real se puede calcular de varias formas.
Nosotros, como siempre, utilizamos la que consideramos la mejor.
Si quieres ver las otras formas visita: Calculo del Consumo Real en
Fotovoltaica.
La utilizada por nosotros es mediante la siguiente fórmula:

En nuestro
el consumo Real sería:
Lmd = { 320 + (4707/0,9)}/ (0,95 x 1) =
5.842 wh/dia
Calculo Previsión de
Potencia
Ahora que ya tenemos calculado los consumos tenemos que hacer
una previsión de la potencia
instalada.
Recuerda: Carga = Potencia
Esto es necesario
para conocer si la instalación
necesitará Proyecto de un Ingeniero,
o simplemente
una
Memoria Técnica de Diseño (MTD) de un Técnico
electricista.
Según el REBT-ITC-10, todas las instalaciones generadoras, incluidas la
fotovoltaicas,
mayores de 10Kw de potencia necesitan Proyecto. Las de menor potencia
prevista solo MTD.
REBT = Reglamento Electrotécnico de Baja Tension.
Además nos hará falta para la elección de alguno de los
componentes de la instalación, así como para colocar el IGA y el
Diferencial de Luz del cuadro general de protección de la vivienda en corriente alterna.
También hay varias formas de calcular la potencia prevista en la
instalación.
Como siempre, nosotros utilizaremos la que más se utiliza, pero si quieres
ver todas las otras formas posibles visita:
Calculo de la Potencia Prevista
en Fotovoltaica.
Para calcular la
potencia prevista tenemos que
sumar la potencia de cada uno de los receptores de la instalación
en vatios (w)
y multiplicar esta suma por un factor de simultaneidad,
ya que no siempre están conectados todos a la vez.
Se suele utilizar
0,8 o 0,7 como factor de simultaneidad.
Si no sabes o no tienes posibilidad de saber las potencias
reales de los electrodomésticos, utiliza la tabla de potencias que vimos
anteriormente.
Nosotros mediante la tabla anterior de consumos ya sacamos las potencias.
Potencia Prevista en continua = 80w
Potencia Prevista en alterna = 2.380w
Este dato, el de la potencia, lo podemos usar por ejemplo para poner un PIA y un Diferencial de
protección de la instalación, o para otros cálculos, como luego
veremos.
A partir de ahora haremos los cálculos fotovoltaicos para la instalación,
con los datos sacados de esta tabla.
Recordamos que los resultados obtenidos son los siguientes:
- Potencia Prevista:
2.380 w
==>
No necesita proyecto
- Consumo Diario = 5.842 Wh/día.
Continuamos con el siguiente paso.
Elección de la Tensión de la
instalación
Normalmente se utilizan las siguientes tensiones en función de la potencia
de la vivienda:
Para nuestro caso elegiremos una
tensión de trabajo de 48V,
ya que la potencia es de 2.380w.
Esta será la tension de las baterias y demás componentes de la instalación y la de uso de los aparatos que
conectemos en corriente contínua.
En nuestro caso tenemos las lámparas en corriente contínua, ues deberán ser
a 48V.
Ahora que ya sabemos la tensión de trabajo, elegiremos los paneles para
nuestra instalación para esa tensión.
Recuerda que los paneles elegidos,
su tensión a máxima potencia
(Vmp, o Wo, o Pmpp)
siempre debe ser mayor tensión que la de
las baterías.
Esto debe ser siempre así porque la corriente siempre debe circular de los
paneles a las baterías, y nunca al revés.
Recuerda: la corriente eléctrica siempre circula del sitio de mayor
tensión al de menor.
Normalmente esta tensión se llama Tension de Trabajo, y esa si que es igual
a la de las baterias o sistema, en nuestro caso 48V.
Eso si, puede poner 2, 3, 4... paneles en serie para aumentar la tensión del
generador fotovoltaico.
Recuerda: Tensión en serie = V1 + V2 + V3....
En nuestro caso elegimos paneles para uso en instalaciones a 24V con una potencia a máxima
potencia o de pico de 330w y necesitaremos poner
2 paneles en serie
en cada rama para obtener los 48V.
Puedes saber más en el
siguiente enlace:
Paneles Solares Características.
Nuestros paneles elegidos son los siguiente:
Recuerda Wp =Pmpp = potencia a máxima potencia =
Impp x Vmpp; donde Impp y Vmpp son la intensidad a máxima potencia la
tensión a máxima potencia.
Todos los datos que se proporcionan en los paneles son cuando a estos les
llega una irradiancia (potencia solar) de 1.000w/m2 (condiciones estándar de
medida = STC).
Si quieres saber más sobre estos conceptos visita:
Irradiancia e irradiación.
Con los datos de nuestros paneles vamos a calcular la
energía que nos proporcionará
diaria cada uno de ellos.
Luego, sabiendo la energía que nos proporciona un solo panel, solo
tendremos que dividir entre la que necesitamos en total, que es
el consumo
diario calculado anteriormente.
Un modulo o panel solar puede producir una energía diaria:
Epanel = Impp x Vmpp x HSP x 0,9 = wh/dia
Donde
Impp y Vmpp son la intensidad y la tensión máxima
(a máxima potencia),
HSP son las horas de sol pico que
depende de la zona donde se coloquen los paneles y que
obtendremos de forma online, como mas adelante veremos.
El
0,9 es el rendimiento de trabajo del panel que suele ser
entre el 85% y el 90% (0,9)).
El rendimiento nos determina la cantidad de
energía producida por el panel después de las pérdidas, por ejemplo por
estar sucio o con polvo.
La mayoría de las veces
solo nos viene especificado la potencia a máxima
potencia o
pico del panel, en lugar de la energía diaria del panel, pero no es
problema, ya que Impp x Vmpp, es precisamente la Wp, Pmpp o Pmp (potencia pico o Pmpp
potencia a máxima potencia, que son los mismo).
Podemos expresar la fórmula de la energía porporcionada por un panel en
función de la potencia del panel:
Epanel = Pmpp x HSP x 0,9 = Wp x HSP x 0,9 = wh/dia
En nuestro caso que tenemos paneles de 330Wp, sería:
Epanel = 330 x HSP x 0,9.
HSP = Horas de Sol Pico.
¿Qué son las horas de sol pico o HSP?
Se puede definir como el
número de horas en que disponemos de una hipotética
irradiancia solar constante de
1000 W/m2
equivalentes a las irradiancias
reales que hay durante todo
el dia.
Recuerda que
1.000w/m2 es la irradiancia para la que se obtienen todas las
características de los paneles, incluido la potencia pico (condiciones
estándar de medida = STC).
Si tenemos un lugar que tiene 3 HSP, quiere decir que la irradiancia de todo
un dia es equivalente a 3 horas a 1.000w/m2.
Es como si solo tuvieramos solo las HSP a 1.000w/m2 durante 1 dia y el resto
de horas no hubiera Sol.
Si la potencia que tiene un panel, por ejemplo 330w, cuando hay una irradiancia de 1.000w/m2 es
su Pmp, entonces la energía total (potencia x tiempo) que produciría un panel en
un día en función de las HSP sería:
Energía producida por un módulo en un día: Pmp x HSP
Para calcular el valor de HPS se debe dividir el valor de
la irradiación incidente (energía solar) entre el valor de la potencia de irradiancia en
condiciones estándar de medida (STC), pues es en esas condiciones donde se
cumplen las características eléctricas de los módulos fotovoltaicos.
Recuerda que si dividimos energía/potencia = wh / w = horas, por eso se
llaman horas de sol pico.
Gdm se llama a la
Irradiación en wh/m2 al día obtenida de la media de los días del mes.
HSP = Gdm/1.000
Ese valor de irradiancia en condiciones estándar de medida es de 1000
w/m2, por eso se divide entre 1.000.
Por ejemplo, si tenemos una irradiación de 3.800 Wh/m2, para pasarla a HSP,
se divide entre 1.000W/m2, con lo que obtenemos 3.8 HPS.
¡¡¡OJO!!! si la irradiación viene en Kwh/m2 ese valor sería ya igual a las HSP, ya
que habría que multiplicar por 1000 para pasarlo a vatios y luego dividirlo
entre 1.000 para pasarlo a HSP
Si el valor de la irradiación viene expresado en KJ/m2 tenemos que
convertirlo a Kwh/m2 dividiendo entre 3.600.
Imagina que queremos saber la irradiación para una inclinación de 50º, en el
mes de Enero en Madrid (tabla de más abajo)
Irradiación según tabla = 11.014KJ/m2
Irradiación = 11.014 / 3.600 =3,059 Kwh/m2
Las HSP en ese mes serían 3,059
Es decir, si se dispone de los datos de irradiación solar de un determinado
día se obtienen las HSP.
Para calcular las HSP se mira la tabla de
radiaciones en
wh/m2, y se elige el dato del mes más desfavorable para la inclinación de
los paneles que vamos a colocar, que normalmente suele ser diciembre o enero en el
hemisferio norte.
En nuestro caso, cuando calculamos el ángulo inclinación óptimo, vimos que
era enero y que teniamos una irradiación para 60º de 3.113 wh/m2.
Con ese dato lo que hacemos es dividirlo entre la irradiancia en condiciones
normales que es 1000w/m2.
Las
HSP serán : 3.113 /1.000 =
3,113
Recuerda que si calculamos nuestro generador para que nos suministre la energía necesaria
en el mes con la irradiación más desfavorable, significa que el resto de
meses, que son mejores, siempre tendremos el suministro necesario.
Vamos a dejar un ejemplo en el que los datos de irradiación vengan en KJ/m2
al día, que suele ser lo más normal.
Para nuestro caso de 60º dice que la irradiación en Enero es de
11.206 Kj/m2
Si la pasamos a Kwh dividiendo entre 3.600 tenemos que:
11.206/3600 = 3.113 Kwh/m2 es decir 3.113 HSP igual que antes.
La forma más fácil de obtener las HSP de una determinada
ubicación es utilizar una
calculadora online que calcula este valor solo introduciendo unos datos.
La
página de la calculadora de HSP es :
https://www.hmsistemas.es/shop/catalog/calculadora_hsp.php
Donde tienes que seleccionar:
- La provincia donde estará ubicada la instalación.
- El mes de menos Sol de la provincia (Suele ser Diciembre).
- La inclinación de los paneles. Normalmente suelen colocarse a unos 45º.
- En "Atmósfera" se introduce el valor de corrección atmosférico.
Si
en esta zona la atmósfera suele estar limpia, como en zonas de montaña, se
pone 1.05, si por el contrario abunda la calima (niebla), contaminación etc.,
se reducirá poniendo 0.95, en caso de duda, dejadlo en 1.
Una vez introducido estos datos dale clic a calcular y busca el valor que
pone Hsp, ese es el valor de horas de sol pico para nuestra instalación.
Ahora que tenemos nustras HSP calculemos cuanto energía producirá cada uno
de nuestros paneles al día:
Epanel = 330 x 3,113 x 0,9 = 924,56 =
924 wh/dia (redondeando)
Esta es la energía que nos proporciona 1 solo panel al día.
Pero..¿Cuánta energía necesitamos generar al día para nuestra instalación?
La energía real calculada anteriormente, es decir 5.842wh al día
Para calcular el número de paneles sería la energía total que necesitamos (consumo),
entre la energía que nos genera un panel.
Npaneles = Energía total diaria necesaria / Energía diaria de un panel =
Consumo diario /Epanel
Nº de paneles necesarios = 5.842wh / 924 wh = 6,32
Normalmente se redondea a
uno más, pero como en nuestro caso tienen que ser pares el número de
paneles, por estar en ramas de 2 en serie, redondeamos a 8
paneles.
Nota: probablemente con 6 panales fuera suficiente, pero como en nuestro
caso el coste de la instalación no tiene importancia ponemos 8.
De todas formas sería calcular diferencia y hablar con el cliente.
Estos 8 paneles serían para una instalación de uso diario, es decir
suministrarnos los 5.842wh los 7 días de la semana.
Muchas instalaciones fotovoltaicas aisladas solo se usan en fin de semana.
Para calcular el número de paneles necesarios necesitamos diferenciar
entre instalaciones cuyo uso será para toda la semana, o lo que es lo mismo
de uso diario (7 días) o instalaciones cuyo uso solo sea
de fin de semana (2 o 3 días).
Cuando la instalación es
para uso de fin de semana la fórmula cambia, ya que se necesitarán menos
módulos o paneles solares, debído a que tenemos toda la semana para cargar las baterías y
solo 2 o 3 días para descargarlas.
Resumiendo, nos quedarían las siguientes fórmulas:
Para uso diario (toda la semana):
Numero de paneles (uso diario) = (consumo diario a
suministrar) / (HSP x rendimiento de trabajo x potencia pico del módulo)
Para Instalación de Fin de Semana (2 días):
Numero de paneles (fin de semana) = (2/7) x [(consumo diario)
/ (HSP x rendimiento de trabajo potencia pico del módulo)]
Si queremos 3 días será por 3/7.
Recordemos cada término de la fórmula a que se refiere.
- Consumo diario: el calculado anteriormente.
- HSP = horas de sol pico
- Rendimiento de trabajo = Perdidas por estar sucios los paneles o por su
posible deterioro. Se suele utilizar 0,8 (entre 0,7 y 0,8)
- Potencia máxima o pico (Pmax), medida en vatios pico (Wp): es la potencia
máxima que puede suministrar el panel, es el punto donde el producto
intensidad y tensión es máxima (de pico), bajo unas condiciones estándar de
medida (para irradiancia de 1000w/m2).
Ahora hagamos el calculo para nuestro ejemplo:
Np(findesemana)= (2/7) x [( 5.842) / (3,113 x 0,9 x 330)] = 1,80
Redondeando
necesitamos 2 módulos o paneles solares fotovoltaicos.
Si el calculo fuese de uso diario sería:
Np(usodiario) = (5.842) / (3,113 x 0,9 x 330 )= 6,32 redondeamos a 8
paneles, como ya dijimos antes.
Puedes comprobar como la instalación de uso diario necesita más paneles
solares.
Con los módulos elegidos de 330 Watios pico (Wp), obtendremos una
instalación solar de uso diario similar a un generador de:
Generador Solar = 8 x 330Wp =
2.640 Wp totales.
Recuerda que esto
es la potencia máxima que puede generar en un momento determinado, pero
esta generación se utiliza para
cargar unas baterías por lo que no necesitamos que los paneles generen toda la
potencia de los receptores a la vez.
Para saber más:
Paneles Solares.
¡OJO!, Los módulos elegidos trabajan a 24V en lugar de 48V, que es la
tensión de nuestra instalación.
Podríamos haber elegido paneles de 48V, pero no es el caso.
Si queremos una
instalación que trabaje a 48V, como es el caso, tenemos que realizar una
asociación en serie de grupos de dos placas para que se sumen las tensiones
y nos den 48V.
Recuerda que las placas en serie se suman las tensiones y en las placas en
paralelo se suman las intensidades.
Las asociaciones en serie se llaman
string.
Veamos
un ejemplo: 2 grupos en serie (strings) con dos ramas en paralelo.
La intensidad total de la instalación será la suma de la intensidad de cada
rama.
Si un panel tiene una Intensidad a máxima potencia (Impp) de 8,85A,
por cada rama circula esta intensidad (como máximo), pero en el conjunto de
la instalación, a la salida de todos los paneles, será de 8,85 x 2 = 17,7A.

Recuerda nuestros paneles:
Para
nuestro ejemplo colocaríamos 4 ramas en paralelo, con 2
paneles en serie en cada rama.
Para el calculo de las intensidades de cortocircuito (Isc) sería
lo mismo, sumando las Isc de cada una de las ramas en paralelo.
En nuestros paneles coinciden las Isc con las Imp, luego sería lo mismo.
Nosotros tenemos 4 ramas en paralelo por lo que Isc-total = Imp-total =
8,85 x 4 = 35.4 A
Distancia Entre Paneles
Cuando tenemos varios paneles es posible que tengamos que hacer
varias filas de paneles.
Es importante calcular la distancia mínima entre una fila y otra de paneles
para que no se produzcan sombras entre ellos.
En nuestro caso necesitaremos 8 paneles de los que haremos 2 filas de 4
paneles cada uno.
La distancia entre las filas se calcula de la siguiente forma:

La distancia será superior al valor obtenido con la siguiente
fórmula:
d = h / tangente (61°– Φ)
d = distancia mínima entre 2 filas
h= distancia entre la parte baja de una fila y la parte alta de la
siguiente.
Φ = latitud
Esta fórmula también es válida para la distancia entre una fila de módulos y
un obstáculo, y por supuesto para no tener pérdidas.
Nuestros paneles están inclinados 60º y tienen una altura de 196cm y una
anchuro de 99 cm (ver caracteristicas de los paneles más arriba)
Latitud de nuestra instalación era Φ = 40,42
tangente de (61-40,42) = tangente (20,58) = - 6.21
d = 60 / -6,21 = 9,66cm
OJO la distancia "d" de 9,66cm será desde la vertical del primer panel al
principio del segundo (ver imagen de arriba)
No se colocará ningún obstáculo a menos de esa distancia de la fila de
paneles.
Algunas veces la expresión de la fórmula 1/tan (61°– latitud) se conoce cómo
un coeficiente
adimensional denominado k.
La fórmula quedará:
d = h x K
Y nos pueden dar el valor de K o sacarlo de alguná gráfica.
Para este último caso, si quieres aprender hacerlo visita:
Distancia entre Filas de Paneles Fotovoltaicos.
Calculo de Baterías
La capacidad de las baterías viene expresada en los AmperiosHora que
pueden almacenar.
Otro dato importante es establecer los
días de autonomía, es decir, los días en que la instalación puede funcionar
solo con la energía almacenada en las baterías.
Para instalaciones de uso de
fin de semana se suele poner 2 días, para las instalaciones de uso diario
(todos los días) se suelen poner 2, 3 o 4 días de autonomía, pero este dato
depende de la instalación y de las exigencias del cliente.
En las
baterías de litio suele venir directamente la energía (consumo) que
puede almacenar la batería en Kwh/dia.
OJO en este tipo de baterías suele
venir la energía nominal y la real y suelen variar bastante.
Tendremos que
utilizar la real, es decir, que la real sea igual o mayor al consumo estimado
anteriormente.
Como las baterias de Litio todavía son muy caras, la mayoría de las instalaciones utilizan
baterías estacionarias
OPzV (gel) u OpzS (ácido) y suelen venderse en vasos independientes
de 2V y suelen durar más de 15 años.
Tenemos que conectar vasos en serie hasta
que nos den los voltios totales de salida, en nuestro caso
48V = 12
vasos.
La capacidad de todos los vasos en serie es igual al de un solo vaso.
En
las baterías en serie solo se suman las tensiones.
OJO ¡¡¡
Nunca conectar las baterías en paralelo!!!.
Teóricamente se sumarían las capacidades, pero en la práctica conectarlas en
paralelo reduce drásticamente la vida de las baterías, y siendo la parte más
cara de la ISFTV (instalación solar fotovoltaica) esto nunca interesa.
En paralelo solo se puede hacer con las
baterias de Litio.
Si
al consumo diario (wh) lo dividimos entre la tensión de trabajo (V),
tendríamos Amperioshora/dia, la
unidad de capacidad de las
baterías.
wh = V x I x h
wh/V = VxIxh/V = I x h = amperios hora
Recuerda: consumo diario = wh = V x I x h; si esta unidad la dividimos
entre la tensión; nos queda I x h o lo que es lo mismo Amperios x hora al
día.
Con una batería de estos amperioshora tendríamos energía
almacenada en la batería para 1 día de consumo.
Si queremos almacenar
energía para más días tendremos que multiplicar por el número de días.
Pero hay que tener otro factor en cuenta muy importante, llamado
profundidad de descarga
(DOD, o Pd).
La Profundidad de descarga o
DOD es el tanto
por ciento máximo del total de la batería que se puede descargar en un ciclo
completo (carga y descarga).
En una ISFTV nunca deberá descargarse más del
80% del total de la batería, ya que en caso contrario se reduciría mucho el
tiempo de vida la batería.
Suele ponerse entre un 50% y un 80% de DOD
(nosotros elegiremos 0,6).
En las de Litio se puede poner casi el 100%, pero
mejor 80% o 90%.
Para saber más:
Baterías para Fotovoltaica.
Conclusión: Los AmperiosHoras o Capacidad de la Batería o
baterías necesarias dependerá del
número de días de autonomía que tiene que tener (2 fin de semana o 4 uso
diario), del DOD (profundidad de descarga,
normalmente entre 0,5 y 0,8) y de
la tensión de trabajo (12V,24V,36V...).
La fórmula para su calculo es la siguiente:
Nota: en muchos libros no verás el 1.15, si quieres puedes no ponerlo.
Entendiendo el consumo diario como el consumo total calculado
anteriormente (el 100%).
En nuestro caso:
Consumo diario: 5.842 wh/dia
Días de Autonomía: como es de uso diario 4 días.
Profundidad de Descarga de la Batería: el 60% = 0,6 para poner en la
fórmula.
Tensión: 48V
Entonces la capacidad de la batería sería:
Capacidad de acumulación = [(5,842 x 4) / (0,6 x 48)] x 1,15= 811,38 x 1,15
= 933 Ah
(c100) elegiremos la más cercana a esta capacidad que se venda.
El valor c100 indica que la capacidad de la batería será la suministrada
por ciclos de carga de 100 h, que es la frecuencia de carga normalmente
establecida en electrificación rural.
Para saber más:
Baterías para Paneles Solares.
Baterias en Paralelo
Ya dijimos que en la vida real nunca se ponen en paralelo, pero verás algún
libro (muchos) que las pone en paralelo.
El número de baterias en paralelo lo utilizan de la siguiente manera:
Número de Baterías en paralelo = Capacidad Total Necesaria / Capacidad de 1
batería.
Imagina que tenemos baterías de capacidad de 100 Ah, en nuestro caso
necesitaríamos poner:
933Ah/100 = 9, 33 = 10 baterías en paralelo.
Pero
OJO nunca se hace en las instalaciones reales, solo si no nos
quedara otro remedio.
Este elemento controlará la carga de la batería ya que
el inversor lo
colocamos a la salida de la batería.
Tiene que ser
capaz de regular potencias iguales a las de suministro máximo que en un
momento determinado proceda de los paneles (carga), y la máxima que demanden
los receptores o electrodomésticos (descarga), en caso contrario se
quemaría.
Para que aguante
la corriente procedente del generador fotovoltaica
(de entrada), lo que se suele hacer es cumplir con las recomendación del IDAE,
que dice que deben ser capaces de
aguantar un 25% más de la intensidad de cortocircuito de los generadores
fotovoltaicos.
En resúmen, se multiplica la Isc total por 1,25, siendo el 1,25 un factor de
seguridad para evitar daños ocasionales enel regulador.
Recuerda que
era Isc-total del generador = 35,4A = Isc de un panel x Nº de paneles en paralelo.
Intensidad de Carga del Regulador = 1,25 x 35,4(amperios)
=
44,25A
Necesitamos un regulador de 48V con una intensidad de carga
mayor de 44,25A y MPPT
(con seguidor del punto de máxima potencia).
Se recomienda (yo creo que es imprescindible) poner un magnetotérmico o
fusibles en la caja de conexiones de los paneles en cc con capacidad de
corte igual a la intensidad total de cortocircuito del generador
fotovoltaico.
Este, además de otras funciones, protegería el regulador de
sobrecargas.
Para saber más:
Regulador de Carga Solar.
Deberiamos elegir un regulador con una intensidad mayor que fuera la
siguiente a esta normalizada.
En nuestro caso sería
un regulador con una corriente de entrada de
50A.
Otra forma de calcularlo es dividiendo la potencia máxima de cada panel por
el número de paneles en total y esto dividirlo entre la tensión.
Recuerda que Potencia/Tensión = Intensidad.
De esta forma sería:
Intensidad regulador = (330w x 8 paneles)/48 = 55A
Nosotros elegimos el método anterior, Ientrada = 50A.
OJO ahora vamos a calcular la corriente de salida, pero esto solo sería
necesario si conectaramos el regulador directamente al inversor, cosa que
nunca debe hacerse.
El regulador tendrá una Intensidad de entrada de 50A que suministran los
paneles, y saldrán hacia la batería como máximo 50A, ya que nunca nos pedirá
intensidad el inversor, solo la batería y esta es la máxima que la podemos
suministrar.
En mucho libros se calcula la Intensidad de salida, nosotros te dejamos cómo
sería, pero repito, no se utuliza nunca.
Para la corriente de salida, debemos utilizar las cargas en corriente
contínua más las de alterna.
Isalida-regulador = [Pcc + (pca/rendimiento inversor)]
Recuerda que: Potencia / V = Intensidad
A esta fórmula también se le suele poner el 1,25
Isalida-regulador = 1,25 x [Pcc + (pca/rendimiento inversor)]
En nuestro caso tenemos en cc lámparas con una potencia de 80w y una
potencia instalada en alterna de 3.400w con un rendimiento del inversor del 90% (0,9)
Isalida-regulador = 1, 25 [80 + (3.400/0,9)] / 48 = 100,46A
Intensidad de Consumo:
100A
Normalmente a la hora de comprar un regulador, en la placa de
características del regulador viene la intensidad máxima que soporta a la
entrada o intensidad máxima de carga, que es la máxima que puede recibir de
los paneles, y la intensidad máxima de consumo, la máxima que puede
suministrar a la instalación.
Suelen coincidir las dos, aunque en algunos
caso no es así.
Nuestro regulador tiene que ser capaz de soportar la intensidad
mayor de las 2 calculadas, la de carga o la de consumo.
En nuestro caso la de consumo, es decir elegiremos un regulador que sea
capaz de soportar 100A
Otra opción es poner varios reguladores en paralelo.
Número de reguladores en paralelo= I total reguladores / I de un
regulador
¡¡¡OJO!!! los bornes de cc del
regulador se suelen conectar aparatos de cc para usar como cargador o las
lámparas como es nuestro caso, no para
conectar el inversor.
Recordamos las 2 condiciones:
- Isc-total del generador = 1,25 x Isc x Nº de paneles en paralelo
Isc = intensidad cortocircuito de 1 panel
- Isalida-regulador = [Pcc + (pca/rendimiento inversor)]
Nota: en muchos libros se suele poner 1,20 en lugar de 1,25.
Ya sabemos que dentro de una instalación solar fotovoltaica (ISFTV), el
inversor, también llamado convertidor, es el aparato encargado de convertir
la corriente continua generada por la instalación, en corriente alterna
(c.a.) igual a la de la red eléctrica, corriente alterna a 230V de valor
eficaz de tensión y 50Hz (hertzios) de frecuencia.
De esta forma podemos
utilizar la energía generada para conectar los receptores habituales en c.a.
como lámparas, tv, electrodomésticos, etc.
Además en nuestro caso conectaremos el inversor a las baterías, por lo que
debe de tener incorporado un controlador de la profundidad máxima de
descarga de la batería al 60% tal y como pusimos en los calculos de la
batería.
Debemos elegir un inversor
cuya potencia nominal sea igual a la
potencia que debe suministrar a las cargas que se van a conectar al
inversor,
OJO funcionando todas a la vez, y además,
que tenga la misma tensión de entrada y salida
que la instalación.
Cuando hicimos la tabla de consumos y potencia, la potencia instalada en
alterna era de 3.400w (sin factor de simultaneidad)
En nuestro caso que sea capaz de soportar 3.400w y con tensión de entrada
a 48V y tensión de salida a 230V.
Algo muy importante en el inversor es tener en cuenta que al enchufar
electrodomésticos con
motores, estos suelen tener picos de
corrientes elevados en los arranques.
Esto puede producir que se
queme el inversor.
Para evitar esto se suele
sobredimensionar
multiplicando por 1,25 la potencia de los receptores (un 25% mas de
la potencia prevista).
Aplicamos la sobredimensión = 3.400 x 1,25 =
4.250 w.
Para nuestro ejemplo lo más lógico sería
un inverso o convertidor
de 5.000w de potencia nominal, con una tensión de entrada de 48V y de salida
a 230V y 50Hz de frecuencia.
Por supuesto de onda senoidal
(corriente alterna).
Nota Importante: Poner siempre unos fusibles o
magnetotérmico entre la batería y el inversor para protegerlo.
La intensidad
de estos fusibles seria igual a la potencia del inversor dividida entre la
tensión.
En nuestro caso: 5.000w/48V =
104A.
Mejor que se queme un fusible que no
el inversor en caso de un pico de corriente elevado.
Recuarda:
el inversor debe ser:
Potencia inversor = 1.25 x Potencia Total receptores en alterna
En muchos libros verás x 1.10 o 1,20.
Para saber más:
Inversor Fotovoltaico.
En las instalaciones fotovoltaicas debe procurarse que todos los elementos
están los más cerca posible unos de los otros para que las caídas de
tensiones en los conductores o cables sea la menor posible y por
consiguiente, la sección de los cables sea también la menor posible.
Todos los conductores deben cumplir 2 condiciones:
2ª) No superar la
intensidad máxima admisible según el REBT.
La intensidad máxima que aguanta la sección del cable tiene que ser mayor
que la intensidad máxima que podrá circular por el.
El reglamento
REBT publica unas tablas donde especifica la intensidad máxima admisible de un
conductor en función del tipo de instalación y del tipo de aislante
utilizado para que
el conductor no se caliente en exceso durante su uso.
Esto se suele llamar condición térmica.
1ª)
No superar la máxima caída de tensión permitida entre 2 puntos
de una
instalación.
En el caso de una
instalación fotovoltaica según la recomendaciones del IDAE (Instituto para
la Diversificación y Ahorro de la Energía) serán diferentes para cada tramo
de la instalación, siendo:

La fórmula para el cálculo de la sección,
para que cumpla la caída de
tensión máxima es:

Fíjate como el valor de la conductividad que debemos poner depende del
tipo de aislante que tenga el cable (PVC o XLPE) y la temperatura que se exige según sea
de cobre o de aluminio.
En nuestro caso que es de PVC y de Cobre el valor
que usaremos será de
48.
El 2 de la fórmula sale de que la distancia total de los conductores, ya
que es el doble de la
de distancia entre aparatos (ida y vuelta)
Además de las 2 condiciones anteriores debemos tener en cuenta lo
siguiente:
- Según recomendaciones IDAE, las mínimas secciones de cables en cada una de
las líneas, deberían ser al menos:
- 2,5 mm2 del generador al regulador.
- 4 mm2 del regulador a las baterías.
- Según IDAE Cuando las tensiones nominales en continua sean superiores a 48
V, la estructura del generador y los marcos metálicos de los módulos estarán
conectados a una toma de tierra, que será la misma que la del resto de la
instalación.
Como previamente hemos diseñado nuestra instalación tenemos que conocer
las tensiones, las intensidades y las longitudes en cada tramo de la
instalación.
Aqui haremos los cálculos, pero si quieres aprender hacerlos paso a paso
visita:
Seccion Conductores en Fotovoltaica
Los datos de nuestra instalación son:
- Las distancias en las diferentes partes en las que dividiremos la
instalación son:
- La caja de conexiones lleva un interruptor magnetotérmico, que luego
veremos cómo se calcula.
- Para nuestro instalación utilizamos paneles de 330Wmp (potencia a máxima potencia) y con una
intensidad de cortocircuito Isc de 8,85A.
- Utilizamos los siguientes paneles:
Además colocaríamos 4 ramas en paralelo con
2
paneles fotovoltaicos en serie de 24V cada uno en cada rama (string)
para conseguir los 48V de la instalación.
En total tenemos
8 paneles.
Con esta instalación
el generador sería de 48V y con una Isc total
de 8,85 x 4 =
35,4A.
El magnetotérmico
En nuestro caso la Isc y la Intensidad a máxima potencia coinciden.
Intensidad a máxima potencia total 8,85 x 4 =
35,4A.
OJO no siempre coinciden la Isc y la Imp del
panel.
Para las calculos de secciónes
siempre usaremos la Isc.
Potencia Nominal o a máxima potencia del generador 330 x 8 = 2.640w.
- La instalación de los receptores, en el calculo de la previsión de
potencia, tenemos una
potencia instalada de 3.400w pero
sobredimensonada para el inversor multiplicando por 1,25 nos sale de 4.250w y una
Energía o Consumo previsto de 5.027wh/día (para el calculo de secciones este
último dato no nos será necesario).
Recordar que pusimos un
inversor de 5.000w.
- Vamos a utilizar en toda la instalación cable tipo PV ZZ-F, de cobre,
unipolares, con aislamiento de PVC,
fabricado especialmente para
instalaciones fotovoltaicas y que cumple con todas las normativas
exigidas.
Aqui puedes ver todas las características de este tipo de cable.
Cable PV ZZ-F el color de los cables en la parte de corriente contínua
será
rojo para el positivo y negro para el negativo.
- Instalación a 48V en corriente continua y 230V
en corriente alterna.
- Caída de tensión del
1% de 48V = 48 x1/100 = 0,48V.
Caída de tensión del
3% para 48V = 48 x 3/100 = 1,44V.
Caída de tensión del 3% para 230V = 6,9V.
Ahora vamos empezar con los cálculos.
Dividiremos la instalación en partes para calcular las diferentes secciones.
Parte desde los paneles hasta la caja de
conexiones de continua
Este tramo de cableado comprende la conexión desde la salida de los
módulos
fotovoltaico conectados en serie (
string),
considerando el más alejado,
hasta la entrada
a la caja de conexiones.
Si te fijas en el esquema, la instalación consta de varios string
(conexiones en serie de paneles).
Cada String es de 2 paneles
para obtener una tensión
de 48V, ya que cada panel trabaja
a 24V (en serie se suman las tensiones).
Además
la intensidad de
cada rama o string, es la misma que la de un solo panel, ya que en
serie las intensidades son las mismas.
La máxima intensidad que podría
circular por el cable
es la intensidad de cortocircuito Isc de un solo panel.
Los paneles elegidos tienen una
Isc de 8.85A.
Luego
Intensidad máxima por los cables desde los Paneles hasta la Caja conexiones = 8,85A.
Caída de tensión máxima
permitida según REBT del
3% de 48V = 1,44V.
Se podría hacer con la intensidad a máxima potencia,
pero es mejor con el caso más desfavorable, es decir
siempre con la Isc.
Por los cables de esta parte circulará una intensidad máxima de 8,85A
desde la salida de un string hasta la caja de conexiones y están instalados al aire (no
enterrados) por lo que colocamos los cables sobre pared de madera o
prefabricada con aislamiento de PVC.
Según el REBT en su
ITC 019 estaríamos
hablando de una instalación “
Tipo C”, y al ser dos terminales (
2X PVC),
estaríamos en el caso de “columna 7”.
Bajando por esta columna encontramos
que
la siguiente intensidad a soportar superior a los 8,85A sería la primera que
encontramos de 16A cuya
sección para
cumplir la condición térmica o de máxima intensidad es de
1,5mm2.
Quiere
decir que con esta sección aguantaría la intensidad que circulará por el
(8,85) sin que se caliente, ya que esta sección aguantaría sin calentarse
hasta 16A.
Nosostros aumentamos un poco la sección y elegimos de
2,5mm2 que
es la que recomienda mínimo
del generador al regulador el IDAE.
Pasamos a la segunda condición,
caída de tensión máxima permitida que es
del
3%. Aplicando la fórmula:
S = (2 x 2m x 8,85A) / (1,44 x 48) = 35,4/69,2 = 0,5mm2 ==>
quiere decir que para esta sección la caída máxima que tendrá será de 1,44V
desde el string más alejado, para el resto será menor.
Como esta sección es menor de la anterior, cogeremos la de 2,5mm.
Con una
sección de cable entre los paneles y la caja de conexiones
de 2,5mm2 cumplimos las 2 condiciones.
Pasemos al siguiente tramo
Parte de la caja conexiones al regulador
En la caja de conexiones se debe colocar un
magnetotérmico a la
salida de los paneles que corte todos los paneles solares (todos
los string unidos en paralelo).
Este magnetotermico es útil para varias cosas.
Primero, si le llega más
intensidad al regulador de la calculada por algún motivo como cortocircuito,
podemos
quemar el regulador, si tenemos el Magnetotérmico, esto no
pasará porque saltará.
También es útil en caso
de tener que quitar la batería para poder desconectar las placas para antes
y no quemar el regulador al no tener donde descargar la energía procedente
de los paneles.
Además este Magneto facilita y da seguridad a las
operaciones de mantenimientos y reparación de averías.
A partir de un
voltaje de trabajo de 48 V, donde ya se generan intensidades peligrosas para
el ser humano,
la instalación de un interruptor magnetotérmico de CC
debería ser, entre otras medidas de protección,
considerada
obligatoria.
Si conocemos la Intensidad de corte de este magnetotérmico, esa
será la máxima que circulará por los cables que van hasta el regulador y la que tendremos en cuenta
para el calculo de su sección y del regulador.
Recuerda que para una
intensidad mayor saltará.
Pero veamos como calcular la intensidad para
elegir este magnetotérmico.
En lugar de magnetotérmico podemos utilizar
fusibles, son más baratos, pero no se rearman tan fácilmente, aunque si la
instalación está bien dimensionada no suelen dar problemas.
Una vez llegan a la
caja de conexiones cada una de
las ramas de los
paneles independientemente,
aquí es donde se unen en paralelo mediante
bornas de conexión.
A Partir de aquí la intensidad total será
la suma de todas las
intensidades de cada una de las ramas.
En nuestro caso tenemos 4 ramas, por
lo que la Isc total será,
Isct = 8,88 x 4 =
35,52A.
Lo lógico es que si por ejemplo,
el regulador es de 50A, la
protección y los conductores sean para esa misma intensidad.
Por eso
la que normalmente utilizamos es la Intensidad de Carga del Regulador
que ya calculamos y era de 50A.
Recordamos:
Intensidad de Carga del Regulador = 1,25 x 35,4(amperios)
= 44,25A
Con esa Icarga elegimos un magnetotérmico de 50A.
La
Intensidad máxima entre la caja de conexiones y el regulador será de ese
valor= 50A.
Recuerda que también puedes poner
fusibles
y elegir un regulador de 50A de intensidad de carga,
o colocar varios en paralelo, dividiendo las ramas entre el número de
reguladores.
Conclusión: Nunca pasará más de 50A por los cables, ya que
saltaría el magnetotérmico.
¿Podría darnos los paneles 50A en algún momento
en lugar de 35,52A?
La respuesta es que si, si las condiciones son muy buenas
para los paneles, como explicaremos a continuación.
¿Por qué usamos la Isc en lugar de la Intensidad a máxima potencia (Imp)?
En muchos libros he podido comprobar que utilizan la intensidad a máxima
potencia para los cálculos y creo que es un error.
La explicación es
sencilla.
La intensidad máxima potencia de un panel es para unas
condiciones llamadas estándar, a 25ºC y 1.000w/m2 de irradiancia.
Los paneles en algún momento
podrían estar sometidos a condiciones
incluso mejores que las estándar, en cuyo caso proporcionarían más
intensidad de la intensidad a máxima potencia (ver curvas V-I de un panel
fotovoltaico en
Paneles Fotovoltaicos).
Si lo hubiéramos calculado para la Imp
estaríamos perdiendo energía generada porque cortaría el magneto.
Es verdad que la Isc también es para
condiciones estándar, pero al ser más o menos un 10% de la Imp, el
dimensionado es mucho eficiente antes de que salte el magnetotérmico.
Recuerda además que el regulador tenía una intensidad de entrada de 50A en nuestro ejemplo.
Nota: los reguladores suelen llevar su propia protección (suele ser un
fusible), aún así es recomendable poner el magnetotérmico por las razones
anteriores.
Hecho estas aclaraciones, sigamos con nuestros cálculos.
OJO este tramo
los cables van enterrados, con lo que la Instrucción del Reglamento que
debemos utilizar es la ITC-07 para
líneas subterráneas de baja tensión.
Para cumplir el criterio de la intensidad máxima vamos a la
ITC-007 y en
la tabla tenemos que para
PVC de cobre unipolares la intensidad siguiente a
50A es de 63A y cuya
sección sale de 6mm2.
Veamos ahora la sección para cumplir el criterio de la caída de tensión.
Caída de tensión máxima el 3% hasta el regulador, con lo sigue siendo el 3% de 48V = 1,44V.
Intensidad máxima 50A.
Aplicando la fórmula tenemos:
S = (2 x 3m x 50A) / (1,44 x 48) = 300 /69,2 = 4,33mm2 ==> esta claro
que con la
sección de 6mm2 cumplimos las 2 condiciones.
Sección del Cable desde la Caja de
Conexiones al Regulador de 6mm2
OJO si tenemos 2 reguladores, tendremos que calcular la sección
para cada tramo a cada regulador, con la intensidad de entrada de cada
regulador.
Parte de la Salida del Regulador a la
Batería
En esta parte se calcula para la misma intensidad que la anterior, ya que
es la máxima que puede salir del regulador hasta las baterías, y solo si
tenemos 1 regulador.
OJO si tenemos 2 reguladores, tendremos que sumar las intensidades de salida
de los 2 reguladores, que es la máxima que puede salir dirección baterías.
Nota: no se utiliza la I de salida calculada para el regulador mediante la
potencia de los receptores porque esto solo sería si conectaramos el
regulador al inversor directamente, y esto no se debe hacer nunca.
Esta parte de la instalación
no suelen ser cables enterrados como
desde la caja al regulador, por lo que
se utilizará la tabla de la ITC 019 para la sección por la
intensidad máxima admisible.
Según tabla ITC 019 si ponemos los cables con conductores aislados en
tubos en
montaje superficial o empotrados en obra "Tipos B1" y 2X PVC tenemos
que la siguiente intensidad mayor a 50A es justo de 50A, igual que la nuestra.
Para esa intensidad la sección para que cumpla la condición térmica de
máxima intensidad es de 10mm2.
Veamos ahora la sección para cumplir máxima caída de tensión, que este
caso será del 1% de 48V, es decir 0,48V como máximo. Aplicando la fórmula:
S = (2 x 0,5m x 50A) / (0,48 x 48) = 50/23,04 = 2,17mm2
==> esta claro que
si ponemos una
sección de 10mm2 cumplirá con las 2
condiciones.
Sección Cables desde el Regulador a la
Batería de 10mm2
Parte Batería al Inversor
La corriente que circulará por estos conductores será la que le demande el
inversor, es decir la que demanden las cargas, pero en corriente contínua.
OJO en esta parte hemos sobredimensionado la potencia prevista para
tener
en cuenta los picos de arranque de los motores de la instalación.
Recuerda
que en nuestra instalación la potencia prevista era de 3.400w, pero se
sobredimensiona a 4.250w y el
inversor es de 5.000w.
En esta parte
la intensidad se calcula dividiendo la potencia del inversor
entre la tensión.
Imáxima = 5.000/48V =
104,16A.
Entre la batería y el inversor es recomendable (yo diría
obligatorio)
poner un magnetotérmico de protección, de
igual o parecida intensidad a la calculada anteriormente.
También puede ser
un fusible.
Para este ejemplo hemos decidido poner fusibles de protección a
la salida de la batería de 105A.
Recuerda que esta será la intensidad que
usaremos en los cálculos, la de los fusibles de protección, ya que nunca
pasará más de esa cantidad.
Cuidado el elemento de protección usado no sea de
una intensidad mucho mayor a la máxima del inversor ya que se podría quemar
y no cumplir para lo que se puso.
Normalmente los inversores tienen un
porcentaje que aguantan de intensidad mayor a la máxima para la que están
diseñados.
Si el cable esta instalado como del regulador a la batería, en la tabla de
la ITC 019 tenemos que para 105A la siguiente es de 125A y una sección de
50mm2
Según la caída máxima de tensión del 1% (0,48V) aplicando la fórmula para
corriente continua tenemos:
S = (2 x 1m x 105A) / (0,48 x 48) = 210/23,04 = 9,11mm2
==> esta claro que
si ponemos una
sección de 50mm2 cumplirá con las 2
condiciones.
Sección Cable desde la Batería al
Inversor de 50mm2
Estas 2 partes, regulador-batería y batería-inversor suelen ser las de
mayor sección de los cables por lo que se recomienda que sea el cable lo más
corto posible.
Parte Inversor Instalación de Alterna
A la
salida del inversor hasta el cuadro de protección de
la vivienda o entrada
a la instalación en alterna tenemos una
intensidad de 5.000w230V =
21,7A.
Si el cable va colocado como en los anteriores casos B1 en 2xPVC, tenemos que la
tabla de la ITC 019 la intensidad buscada más cercana a 21,7A es de 27A y
sale una sección de
4mm2.
OJO aquí
los cables ya no serán rojo y negro, serán azul y negro que son
los colores para la fase y el neutro de la instalación en alterna.
Veamos la caída de tensión máxima admisible.
Aquí es del 3%, pero de 230V,
es decir 6,9V.
Apliquemos la fórmula:
S = (2 x 2m x 21,7A) / (6,9 x 48) = 86,8/331,2 = 0,26mm2
==> esta claro
que si ponemos una
sección de 4mm2 cumplirá con las 2
condiciones.
Además recuerda que no se recomienda poner conductores menores
de 4mm2 en la parte de corriente alterna.
Sección Cables (fase y Neutro) a la
Salida del Inversor hasta la Instalación en alterna de 4mm2
Aqui tienes las diferentes secciones calculadas de nuestra instalación de
ejemplo:
Nota Final
Si te has dado cuenta, la que realmente nos determina la sección en este
tipo de instalaciones es la intensidad máxima admisible para no sufrir
calentamiento excesivo los conductores, ya que al ser las distancias muy
cortas el criterio de la máxima caída de tensión siempre suelen darnos
secciones muy pequeñas.
Ahora hay muchos inversores que llevan incluido el regulador con la
instalación de unión de estos 2 componentes unidas en su interior.
En estos
casos no habrá que calcular la sección de la batería al regulador, solo la
de la batería al inversor.
Una vez que tenemos la sección de los cables tendremos que elegir los
terminales para unir los cables a nuestros paneles.
Estos terminales deben
ser estanco, es decir protegidos contra el agua, la humedad y también contra
desconexiones accidentales. Los más utilizados son los llamados Terminales
"TYCO" y los MC3 o MC4.
Para saber más sobre conectores y
terminales:
Conectores Eléctricos.
Para finalizar, decirte que en internet tenemos una página calculadora online de la instalación que
podemos usar, aunque lo más recomendable es calcular la instalación nosotros
tal y como vimos.
Aquí te dejamos el enlace al
Calculador Online Instalación Fotovoltaica.
Si quieres aprender todos los componentes de una instalación fotovoltaica, su cálculo y diseño te recomendamos el siguiente fantástico libro:
Escrito y Publicado por: Ernesto Rodriguez; Profesor del CIFP Tecnológico Industrial de León (España).
email: areatecnologia arroba areatecnologia.com
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