INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED

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:



Recordamos que dentro de los tipos de instalaciones fotovoltaicas tenemos las Conectadas a la red eléctrica.

En estas instalaciones la energía creada por las placas fotovoltaicas (en corriente continua) se vuelca a la red eléctrica (en corriente alterna) a través de un inversor.

Inyectan a la red todo lo que producen, vendiendo la energía generada a la compañía eléctrica de la red a la que se conectan.

La característica más importante de este tipo de instalaciones es que no tienen baterías ni reguladores, componiéndose, únicamente, de los módulos fotovoltaicos y del inversor.

Los módulos o paneles fotovoltaicos son los mismos que para las instalaciones aisladas de red que ya vimos, sin embargo, los inversores deberán tener las siguientes características:

- Deben disponer de un sistema de medida de la energía consumida y entregada.

- Deben ser capaz de interrumpir o reanudar el suministro en función del estado del campo de paneles.

- Tienen que adaptar la corriente alterna producida en el inversor a la fase de la energía de la red.

instalacion fotovoltaica solar conectada a red


No debemos olvidar que la compañía eléctrica propietaria de la red puede tener sus propias especificaciones técnicas adicionales a las que establece la normativa vigente.

Las fotovoltaicas se dividen en función de su potencia:

- Instalación conectada a la red cuya potencia nominal es inferior a 5 kw.

- Instalación conectada a la red cuya potencia nominal se encuentra entre 5 kW y 100 kW.

- Instalación conectada a la red cuya potencia nominal es superior a 100 kw

Se llaman "Huertos solares" o "Plantas o Parques Fotovoltaicos" cuando las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red tienen potencias superiores a los 100Kw.

Este tipo entregan o suelen entregar la energía en media o alta tensión.

Otro tipo de instalaciones mas pequeñas, de 5Kw a 100Kw, situadas normalmente en los techos de edificios, se llaman "edificios fotovoltaicos" entregando la energía en baja tensión, y donde se colocan los paneles en los techos de los edificios para su venta.

En general, a mayor potencia de la instalación se complica su instalación y esquema, ya pueden aparecer centros de transformación o subestaciones eléctricas, con los equipos y dispositivos asociados que ello conlleva.

Las plantas fotovoltaicas proporcionara energía eléctrica durante el día, energía que dependerá de la radiación solar que le llegue a los módulos así como su ángulo de inclinación.

La energía producida por los módulos fotovoltaicos es transformada en corriente alterna a 400V y 50Hz atreves del inversor para inyectarla en sincronía a la red de la empresa suministradora, la cual se encargara de distribuirla y transformarla en media tensión (MT) si la instalación no es muy grande.

En caso de que la red eléctrica se caiga o se corte por motivos de mantenimiento los inversores tienen que estar preparados para evitar trabajar en modo isla con lo que deben detener el funcionamiento de la planta.

Con este sistema de protección se evita el daño a posibles equipos de la planta así como la seguridad de posibles operarios en la red.

Veamos un ejemplo de dimensionado de un planta fotovoltaica.

Antes de empezar a diseñar hay que tener encuentra o valorar:

 - Que las condiciones sean aceptables en cuanto a irradiación solar en la zona prevista sea su ubicación.

- Evitar o al menos, minimizar las sombras entre los módulos que podrían ocasionar elementos como montañas, edificios, torres eléctricas etcétera, y mantener una distancia adecuada entre filas de módulos.

- Que la red eléctrica a la que nos conectemos esté próxima a la planta fotovoltaica.

. Que el acceso a la instalación sea fácil para poder hacer las tareas de mantenimiento, construcción, etc.

Ahora los pasos:

1º) Ángulo de Inclinación Óptimo y Orientación

La orientación de nuestros paneles siempre debe ser orientados al Sur (en el hemisferio norte).

El ángulo de desfase con respecto al Sur se llama acimut y debe ser lo menor posible.

La siguiente fórmula expresa la inclinación óptima para conseguir la mayor radiación solar anual posible sobre un panel fotovoltaico estático (sin movimiento).

formula ángulo óptimo conectadas a red

Para instalaciones situadas en España se puede utilizar la siguiente fórmula. mas sencilla, pero con resultados parecidos a la anterior.

Φ = latitud

βóptima = Φ - 10

Con esa expresión se obtiene el ángulo de inclinación que permite maximizar la producción de energía anual.

2º) Obtener la Irradiación

Ahora que ya tenemos el ángulo de inclinación de nuestros paneles, ya podemos ir a buscar la irradiación de cada mes para este ángulo y situación (latitud) donde se encuentra nuestra instalación.

Esta irradiación será la energía solar que recibirán los paneles fotovoltaicos.

Estos datos sacamos de la página PVGis, como ya vimos en el cálculo de las instalaciones aisladas de red.

Para saber más puedes visitar: Irradiación solar.

3º) Superficie Disponible

La potencia del generador fotovoltaico estará limitada por la superficie disponible que tengamos para instalar los paneles.

A mayor superficie, mayor número de paneles y mayor energía generada.

También es importante la superficie ocupada y necesaria por cada módulo fotovoltaico.

Con estos datos podemos calcular el número total de módulos que podemos poner y la potencia que tendrá nuestro generador en total.

4º) Potencia y Energía Generada por el Generador Fotovoltaico

Ahora que ya sabemos la cantidad de módulos que podamos poner en nuestra superficie, es hora de calcula la potencia total y la energía generada por nuestro generador fotovoltaico.

Podemos calcular la energía generada un día concreto, cada mes del año o incluso la media anual.

Para esto será necesario obtener las horas de sol pico en cada caso.

5) Caculo del Inversor/res

Si la potencia es inferior a 6Kw, los inversores suelen ser monofásicos, y para potencias superiores, como es nuestro caso, se utilizan trifásicos.

La potencia nominal del inversor o inversores viene determinada por la que puede entregar a la red eléctrica, y debe ser entre el 80% y el 90% de la potencia pico del generador fotovoltaico.

6ª) Por último se diseñará las cajas de conexiones y los cuadros de protección de la instalación.

Ejemplo de Cálculo

Imagina que queremos montar una planta fotovoltaica en una superficie que mide 20 metros de largo x 10 metros de ancho, situada en una población cuya latitud es 37º.

Ojo la superficie está en cuesta con una inclinación de 15

Utilizaremos módulos que tienen una potencia pico de 220w, con una Intensidad de cortocircuito de 8,4A, tensión a 24V y unas dimensiones de 1,8 m de largo y 1m de ancho

Los paneles, según catalogo, ocupan par cada Kilovatio(Kw):

superficie ocupada paneles

Utilizaremos inversores para la instalación de 5Kw, y se desea que el conjunto de inversores tengan una potencia del 86% del total de la potencia generada por el total de placas fotovoltaicas de la instalación.

Diseñemos nuestra instalación.

1º) El ángulo óptimo de nuestros módulos sería:

βóptimo si fuera horizontal el terreno = Φ - 10 = 47 -10 = 27º respecto a la horizontal

Como la inclinación del terreno es de 15°, la inclinación de los m6dulos respecto al terrenos será:

βóptimo = 27º- 15º= 12º

Esto por ejemplo pasaría si estuvieran colocados los paneles en un tejado.

2º) La superficie disponible será:

 S = 20 x 10 = 200m2

Si utilizamos módulos de silicio monocristalino, que ocupan una superficie según tabla de entre 7m2 y 9m2 por cada Kw, podría obtenerse una potencia:

Pgenerada(7) máxima = 200/7 = 28,67Kw = 28.670w

Pgenerada(9) mínima = 200/9 = 22,22Kw = 22.220w

El rango de potencias máxima generadas estaría entre 28.6 y 22,2 Kw

¿Cuantos módulos podríamos instalar?

N(7) =28.670w/220w = 130,3

N(9) = 22.220w/220 = 101

Podríamos poner entre 101 y 130 paneles en nuestra instalación.

Pero... ¿Cuántos módulos podríamos instalar en nuestro espacio?

Tenemos 2 configuraciones posibles:

- Colocar los módulo sobre el lado largo en horizontal y el ancho sobre la vertical de la superficie.

En este caso seria:

Largo del espacio/ largo del modulo = 20/1,8 = 11,1 = 11 módulos

Ancho del espacio / ancho de cada módulo = 10/1 = 10 módulos

Podríamos poner 11 módulos a la largo por 10 a lo ancho, lo que es lo mismo, un total de 110 módulos.

Este valor se encuentra entre los valores anteriores calculados. Podría ser válida.

- El otro caso es colocar los módulos a la largo de la superficie pero con su ancho, es decir los módulos en vertical.

Largo del espacio / ancho del modulo = 20/1 = 20 módulos

Ancho del espacio / largo de cada módulo = 10/1,8 = 5,5 módulos = 5 módulos

En este caso serían un total de 20 x 5 = 100 módulos.

El máximo número de módulos sería de la primera forma, un total de 110 módulos fotovoltaicos.

Nota: si estuvieran muy juntos podríamos tener que calcular la mínima distancia para que no se produjeran sombras entre ellos,

Puedes ver cómo se hace aqui: Distancia Mínima entre Paneles

Potencia y Energía Generada por el Generador Fotovoltaico

La potencia total de nuestro generador fotovoltaico sería:

P total generador = 110 x 220 = 24.200w = 24,2Kw

Energía Generada

La energía generada se calcula mediante la fórmula:

Egenerada = HSP x Pp x Nt x μm

Donde:

HSP = Horas de Sol Pico
Pp = Potencia pico de los módulos
Nt = número total de módulos
μm = rendimiento de módulo (0,9 normalmente)

Si calculamos la HSP para un día concreto, tendremos la energía generada ese día, si calculamos la HSP mediante la irradiación media de un mes, obtendremos la energía media diaria generada ese mes, e incluso la media de un año podríamos hacer.

Para saber la energía generada debemos conocer la HSP.

Aquí no explicamos cómo se hace, pero si quieres saberlo visita: Horas de Sol Pico

También tienes una calculadora online que te lo dice: Calculadora HSP

Por ejemplo en enero según PVGis sería:

Irradiación en el mes = 138,63 Kwh/m2 = HSP mensual

Irradiación Diaria media = 138,63 / 31 = 4,47 = HSP diario medio

Energía generada en enero al día = 4,47 x 220w x 110 x 0,9 = 97.356 wh = 97,3Kwh

En Julio la irradiación mensual es de 237,41 Kwh/m2 luego el HSP diario media será:

237,41 / 31 = 7,65

Energía generada en Julio al día = 7,65 x 220w x 110 x 0,9 = 60.330 w = 166.617 wh = 166,61Kwh

Ya puedes comprobar que en Julio se genera mucha más energía que en enero.

La energía generada durante el mes de Enero completo sería:

Energía generada en Enero = 138,63 x 220w x 110 x 0,9 = 3.019.361 wh = 3.019Kwh

Inversores

Recordamos que si la potencia es inferior a 6Kw, los inversores suelen ser monofásicos, y para potencias superiores, como es nuestro caso, se utilizan trifásicos.

La potencia nominal del inversor o inversores viene determinada por la que puede entregar a la red eléctrica, y debe ser entre el 80% y el 90% de la potencia pico del generador fotovoltaico.

En nuestro caso, según el enunciado será del 86%.

Potencia nominal del inversor (Pgf)= 0,86 x 24.200 = 20.570w = 22,57Kw

¿Cuántos inversores necesitaríamos?

Si elegimos inversores cuya potencia nominal es de 5Kw o 5.000w entonces:

La potencia total de los inversores será:

Inversores = 0,85 x 24.200 = 20.570w

Número de inversores = 20.570/ 5.000 = 4,11

Necesitaríamos 5 inversores.

Cada inversor debe ir conectado a varios paneles fotovoltaicos, es decir debemos dividir nuestro instalación en 5 sectores, cada uno alimentará a un inversor.

Módulos por sector = 110 / 5 = 22 módulos

Cada inversor se alimentará con una potencia de 220w x 22 =4.840w

La intensidad máxima que debe aguantar a la entrada cada inversor será la Intensidad de cortocircuito Icc de cada sector.

Imagina que queremos que la instalación sea a 48V, y los módulos son de 24V.

En este caso deberemos poner 2 módulos en serie (las tensiones se suman)

Cada sector sería 11 ramas en paralelo de 2 paneles en serie cada una.

La Icc = 11 x Icc

Iccinversor = 11 x 8,4 = 92,4A

La entrada de cada inversor debe ser capaz de aguantar esta intensidad como mínimo.

Elegiremos uno de 100A.

Para saber más sobre inversores visita: Inversor Fotovoltaico

Cada rama o sector de paneles tendrá su propia caja de conexiones.

aislada de red caja de conexiones

Un esquema general de una instalación conectada a red sería:

instalacion fotovoltaica conectada a red

fotovoltaica conectada a red


Por supuesto estas instalaciones dispondrá de un cuadro de protección en la parte de alterna, con diferencial y magnetotérmicos y otros 2 elementos de protección:

- Interruptor automático de interconexión: conectará o desconectará la instalación en caso de pérdida de tensión o frecuencia.

- Protección para la interconexión de máxima y mínima frecuencia (50Hz a 61Hz), y de máxima y mínima tensión (entre 1,1 y 0,85 veces el valor de la tensión nominal)

Desconectará en cualquiera de que en los dos casos sobrepase los valores.

Otros elementos será la Puesta a Tierra, y en caso de instalaciones muy grandes llevarán su propio centro de transformación.


Si quieres aprender todos los componentes de una instalación fotovoltaica, su cálculo y diseño te recomendamos el siguiente libro fantástico:



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