7/17/2019 Como Calcular Instalacion
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fotovoltaica-en-5-pasos/
Cómo calcular una instalación solar fotovoltaica en 5 pasos
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Como vemos que los casos de ejemplo de cálculo os resuelven muchas dudas sobre
cómo implementar instalaciones de energías renovables, hoy os vamos a mostrar
cómo dimensionar una instalación solar fotovoltaica autónoma paso a paso
En el caso de unainstalación de energía solar fotovolatica autónoma (aislada de la
red), es fundamental un correcto dimensionamiento tanto para poder abastecer con
garantías lademanda energética que tengamos, como también para acotar elcoste
económico de la instalación.
Instalación solar fotovoltaica
Como caso de ejemplo, vamos a tomar la necesidad de electrificar uncasa sin conexión
eléctrica a la red en una zona rural, que será utilizada por una familia de 4 personas los
fines de semana.
Vamos a ver los cálculos paso a paso:
Primer paso: Cálculo de consumos estimados
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Establecemos para el caso de ejemplo los equipos básicos necesarios que consumirán
energía:
Bombillas: 4 unidades x 4 horas x 60 Wattios (100%) = 960 Wh
Televisión: 1 unidad x 3 h x 70 W (100%) = 210 WhOrdenador portátil: 2,5 h x 60 W (100%) = 150 Wh
Nevera: 24 h x 200 W (50%) = 2400 Wh
Microondas: 0,5 h x 800 W (100%) = 400 Wh
En este apartado, tendréis que estimar los consumos para vuestro caso concreto. Se
podrían estimar aquí los consumos necesarios para otros tipos de instalaciones, como por
ejemplo la demanda deautoconsumo para cubrir de forma parcial las necesidades de
unainstalación conectada a la red o una instalación pensada para abastecer unpunto
de recarga de una bici, moto o coche eléctrico, para cargar las baterías, etc.
Más adelante realizaremos artículos más específicos para este otro tipo de casos, hoy nos
vamos a centrar en nuestro ejemplo para unacasa aislada.
Así pues, si sumamos los diferentes consumos parciales, obtenemos el consumo total
estimado para nuestra casa de ejemplo:
Total consumos por día estimados (Cde) = 4120 Wh / día
Aplicamos unrendimiento de la instalación del 75% para calcular laenergía total
necesariapara abastecer la demanda:
Total energía necesaria (Ten) = Cde / 0,75 = 5493 Wh/día
Segundo paso: Radiación solar disponible
Para obtener laradiación solar incidente, se pueden utilizar tablas con estimaciones ya
existentes. Una buena fuente de estas estimaciones es la aplicación PVGIS (Photovoltaic
Geographical Information System – European Commission, Joint Research Center), que
tiene una plataforma on-line desde donde se pueden obtener los datos de insolación para
toda Europa de forma fácil y rápida.
Suponiendo que nuestra instalación esta en Granada, utilizando la
aplicaciónPVGIS obtenemos los siguientes valores:
Latitud: 37°10’38” NorteLongitud: 3°35’54” Oeste
Potencia nominal de la instalación solar fotovoltaica: 1kWp
Inclinación de los módulos: 35deg.
Orientación de los módulos: 0deg.
Mes Ed Em Hd Hm
Enero 3.45 107 4.35 135
Febrero 4.11 115 5.25 147
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Marzo 4.70 146 6.21 193
Abril 4.53 136 6.05 181
Mayo 4.76 148 6.49 201
Junio 5.11 153 7.14 214
Julio 5.26 163 7.49 232
Agosto 5.18 160 7.34 228
Setie!bre 4.69 141 6.46 194
"#tubre 4.39 136 5.88 182
$o%ie!bre 3.63 109 4.66 140
&i#ie!bre 3.38 105 4.27 133
Total 4.43 135 5.97 182
Donde:
Ed: Producción media diaria de energía eléctrica del sistema (kWh)Em: Producción media mensual de energía eléctrica del sistema (kWh)
Hd: suma diaria promedio de irradiación global por metro cuadrado recibida por los
módulos del sistema (kWh / m2)
Hm: suma promedio de irradiación global por metro cuadrado recibida por los módulos del
sistema (kWh / m2)
El mes más desfavorable de radiación, observamos que es en diciembre con 4,27
kW·m2/día. De forma quedimensionaremos la instalación para las condiciones
mensuales más desfavorables de insolación, y así nos aseguramos que cubriremos la
demanda durante todo el año.
Una vez conocemos la radiación solar incidente, la dividimos entre la radiación solar
incidente que utilizamos para calibrar los módulos. (1 kW/m2), y obtendremos la cantidad
dehoras sol pico (HSP). A efectos prácticos en nuestro caso este valor no cambia, pero
utilizaremos el concepto de HSP (horas sol pico) que es el número de horas equivalente
que tendría que brillar el sol a una intensidad de 1000 W /m2 para obtener lainsolación
total de un día, ya que en realidad el sol varía la intensidad a lo largo del día.
HSP = radiación solar tablas / 1kW/m2 = 4,27 HSP
Tercer paso: Cálculo de placas o paneles solares necesarios
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Vamos a realizar los cálculos para establecer el número de módulos (placas o paneles
solares) en función de las condiciones de radiación más desfavorables. Para realizar este
cálculo nosotros hemos elegido módulos de 180 W. Este dato viene dado en
lascaracterísticas técnicas de los módulos elegidos según cada modelo y fabricante.
1. Para instalaciones de uso diario utilizaremos la fórmula:
Numero de módulos = energía necesaria / HSP * rendimiento de trabajo * potencia pico del
módulo
Elrendimiento de trabajo tiene en cuenta pérdidas producidas por el posible
ensuciamiento y/o deterioramiento de los paneles fotovoltaicos (normalmente 0,7 – 0,8).
Número de módulos para instalación de uso diario:
Nmd = 5493 / 4,27 * 0,8 * 180 = 8,9 (9 módulos)
2. Para instalaciones de fin de semana utilizaremos la fórmula:
Numero de módulos = 3 * energía necesaria / HSP * rendimiento de trabajo * 7 * potencia
pico del módulo
Número de módulos para instalación de uso para fin de semana:
Nmfd= 3 * 5493 / 4,27 * 0,8 * 7 * 180 = 3,8 (4 módulos)
Como nuestro caso de ejemplo es para una casa que se usa los fines de semana,
necesitaremos cuatro módulos de 180 W cada uno. Teniendo en cuenta que las
necesidades de consumo que hemos establecido son muy básicas, si se introducen
consumos mayores en el primer apartado nos resultará una cantidad de placas mayor.
Con los módulos elegidos de 180 Watios pico (Wp), obtendremos una instalación solar de
720 Wp totales (4 x 180 Wp).
Teniendo en cuenta que losmódulos trabajan a 12V, si queremos una instalación que
trabaje a24V, podemos realizar una asociación en serie de grupos de dos placas y luego
estos dos grupos de dos placas en serie, asociarlos en paralelo. Elvoltaje de
funcionamiento dependerá del sistema de acumuladores que elijamos.
Cuarto paso: Capacidad de los acumuladores
Para diseñar la capacidad de lasbaterías de acumulación, primero tendremos de
establecer laautonomía deseada en caso de tener días desfavorables sin insolación por
abundante nubosidad.
En el caso que nos ocupa, para fines de semana la máxima autonomía necesaria la
podemos establecer en 3 días (viernes, sábado y domingo). Enelectrificación de casas
rurales para abastecimiento diario podría establecerse entre 4-6 días, teniendo en cuenta
que este valor se puede reducir en el caso de que dispongamos de ungrupo electrógeno
de refuerzo.
Capacidad de la batería = energía necesaria * días de autonomía / Voltaje * profundidad de
descarga de la batería.
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Laprofundidad de descarga depende del tipo de batería elegido. Estos valores oscilan
entre 0,5 a 0,8. Podéis consultar estos valores en las características técnicas para cada
modelo y fabricante. En nuestro caso, elegiremos una batería que tolere una descarga de
hasta un 60% (0,6).
Capacidad de acumulación = 5493 * 3 / 24 * 0,6 = 1144,38 Ah (c100)
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.
La selección delsistema de acumulación requiere de diferentes comprobaciones para
que el sistema dure y tenga un óptimo rendimiento. Los sistemas de acumulación
necesitan una mínima intensidad de carga para asegurar que las baterías carguen
correctamente y evitar que tengan una vida útil más corta de la esperada.
Este artículo pretende ser un ejemplo básico del cálculo de los parámetros necesarios para
realizar una instalación, pero una vez conocemos la capacidad necesaria para nuestra
instalación, te recomendamos contactar con especialistas para saber más detalles o
información sobre las características técnicas de un sistema o fabricante concreto de
acumuladores. Puedes acceder a nuestrodirectorio de empresas y profesionales de
energías renovables para encontrar instaladores, fabricantes o distribuidores de sistemas
solares fotovoltaicos y baterías de acumulación cerca de tu localidad, y realizar consultas
sin compromiso.
Quinto paso: Selección del regulador y del convertidor
Finalmente, ya sólo quedaría elegir unregulador de carga y unconvertidor de corrientecontinua a corriente alterna para poder disponer de corriente alterna a 220 V en nuestra
vivienda apta para cualquier tipo de aparato o electrodoméstico.
Los reguladores de carga vienen determinados por la intensidad máxima de trabajo y por
el voltaje en que hayamos diseñado nuestra instalación.
La potencia del convertidor de CC/AC la tendremos que elegir en función de la suma de
todas las potencias nominales de los equipos consumidores multiplicado por el coeficiente
de simultaneidad de uso de estos. (normalmente valores que van de 0,5-0,7). En nuestro
caso la potencia total estimada es de 1360 W
Potencia convertidor = 1360 * 0,7 = 952 W
Así pues, con un convertidor de 1000 W sería suficiente para nuestro ejemplo, siempre y
cuando realmente utilicemos sólo los aparatos contemplados inicialmente. Siempre
podemos establecer una potencia mayor por si puntualmente se utiliza algún otro
electrodoméstico de mayor consumo.
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Instalaciones autónomas o aisladas de la red y otros usos de la energía solar
fotovolatica
En este artículo, os hemos mostrado un ejemplo para dimensionar unainstalación solar
fotovoltaica aislada de la red. Estas instalaciones se dimensionan reduciendo al mínimo
los consumos a realizar para tener una instalación de coste asequible, pero esto supone
prescindir de algunos elementos de mayor consumo y potencia. Por este motivo, en este
artículo no hemos tenido en cuenta ni lavadoras ni hornos, etc. ya que se trata del
supuesto de una casa con una instalación eléctrica muy básica para uso de segunda
residencia.
Aunque el primer paso para ahorrar con energía renovables es tratar de reducir los
consumos, no siempre es posible realizar una instalación tan básica como la planteada en
el ejemplo. Para otro tipo de viviendas o edificios, existen otras opciones para ahorrar con
instalaciones solares fotovoltaicas. Una opción es la de realizar unainstalación solar paraautoconsumo conectada a la red eléctrica. En estos casos, la instalación es
complementaria y permite ahorrar pero al mismo tiempo seguir conectado a la red. Podéis
ver en nuestro artículo “Inyección cero una alternativa para el autoconsumo” cómo
funcionan estos sistemas. También podeís ver cuandos módulos son necesarios en
nuestro artículo “Kits solares fotovoltaicos para autoconsumo eléctrico ¿Qué son? ¿Cómo
funcionan?” o podéis realizar cálculos del número de placas necesarias según vuestro
consumo en nuestracalculadora de energía solar fotovoltaica.
Otra opción para la que pueden ser muy útiles los sistemas autónomos como el que
hemos explicado en este ejemplo es para abastecer por ejemplo un punto de recarga de
baterías de bicicletas, motos o coches eléctricos. Hablaremos de estos casos en próximos
artículos. Esperamos que el artículo sea de vuestro interés. Podéis dejar vuestros
comentarios y intentaremos resolver vuestras dudas o consultas!
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