1. TEMA

REPOTENCIACIÓN DEL PANEL SOLAR UBICADO EN EL LABORATORIODE ELECTRÓNICA PARA UTILIZARLO COMO FUENTE EMERGENTE DEILUMINACIÓN

2. INTRODUCCIÓN

Los paneles solares son dispositivos que aprovechan la

energía que nos llega a la tierra en forma de radiación

solar, el componente principal de los paneles solares son las

células de silicio, las células de silicio es el componente

base de los paneles solares.

Un panel solar es un dispositivo diseñado para captar parte

de la radiación solar y convertirla en energía eléctrica para

que pueda ser utilizada por el hombre.

Podemos encontrar dos tipos de paneles solares los de uso

doméstico, que se utilizan para calentar agua entre otras

cosas y los paneles solares fotovoltaicos estos paneles están

destinados a la producción de energía solar a partir de las

células de silicio, su uso principal se da para instalaciones

aisladas a la red, en las cuales la llegada de la red

eléctrica general se hace complicada o imposible, un uso que

se está haciendo de forma muy masiva de los paneles solares

son las plantas solares dedicados a la producción eléctrica

de forma fotovoltaica.

Actualmente en Laboratorio de Electrónica del Área de la

Energía, las Industrias y los Recursos naturales no

Renovables dispone de un Panel Solar, que requiere de

mantenimiento correctivo para poder utilizarlo en

determinadas aplicaciones en el Laboratorio. Este sistema

fotovoltaico se ha deteriorado por el trabajo que ha tenido

en el transcurso del tiempo.

El objetivo del presente trabajo es dar mantenimiento

correctivo al sistema fotovoltaico del Laboratorio de

Electrónica y utilizarlo como fuente de luz de emergencia en

el mismo.

3. DESCRIPCIÓN TÉCNICA Y UTILIDAD

Actualmente el Panel Solar que se encuentra ubicado en la

cubierta del Laboratorio de electrónica del Área de la

Energía, las Industrias y los Recursos naturales no

Renovables.

Para llevar a cabo el siguiente proyecto se implementara los

siguientes equipos

Panel fotovoltaico

Regulador de Carga

Batería

Inversor

Otros (Cables eléctricos, breakers, fusibles, la cajaque contiene las celdas y forma el

panel, de aluminio algunas, pvc, sellantes, recubrimientos

contra la corrosión).

Panel fotovoltaico

Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de laradiación solar. Normalmente se refiere a los dispositivospara producir agua caliente (usualmente doméstica) y a lospaneles fotovoltaicos utilizados para generarelectricidad.

Fig. 3 Panel solar

Los paneles fotovoltaicos están formados por numerosasceldas (llamadas células fotovoltaicas) que captan laradiación luminosa (fotones procedentes de la radiaciónsolar). Estos fotones impactan sobre la superficie de lacélula y allí son absorbidos por materialessemiconductores, tales como el silicio, golpeando a loselectrones liberándolos de los átomos a los quepertenecían, así los electrones comienzan a circular porel material produciendo la electricidad en forma decorriente continua a baja tensión. La estructura de lospaneles solares está compuesta, entre otras cosas, por: ungenerador solar, un acumulador, un regulador de carga y uninversor (opcional). Los acumuladores son los quealmacenan la energía producida por el generador y nos dala posibilidad de utilizar dicha energía almacenada en los

días en donde existe una radiación muy bajo o directamenteno se hace presente el sol.

El regulador de carga, como su nombre lo indica, seencarga de evitar que se produzcan sobrecargas o descargasexcesivas en el acumulador, si esto ocurriese seproducirían daños irreversibles. Como el tipo corrienteeléctrica que proporcionan los paneles solares escorriente continua, muchas veces se usa un inversor y/oconvertidor de potencia para transformar la corrientecontinua en corriente alterna, que es la que utilizamoshabitualmente en nuestras casas, trabajos y comercios.

Aunque cada celda solar provee una cantidad relativamentepequeña de energía, muchas de estas repartidas en un áreagrande (formando el panel solar) pueden proveer suficienteenergía como para ser útiles. Estas células se conectanentre sí como un circuito en serie para así aumentar latensión de salida de la electricidad, al mismo tiempovarias redes de circuito paralelo se conectan paraaumentar la capacidad de producción eléctrica que podráproporcionar el panel. Para obtener la mayor cantidad deenergía las celdas solares deben apuntar directamente alsol.

En 2005 el problema más importante con los panelesfotovoltaicos era el coste, que ha estado bajando hasta 3o 4 dólares por vatio. El precio del silicio usado para lamayor parte de los paneles ahora está tendiendo a subir.Esto ha hecho que los fabricantes comiencen a utilizarotros materiales y paneles de silicio más delgados parabajar los costes de producción. Debido a economías deescala, los paneles solares se hacen menos costosos segúnse usen y fabriquen más. A medida que se aumenta la

producción los precios continuarán bajando en los próximosaños.

Uno de los principales usos conocidos es para elcalentamiento del agua, en este los paneles tienen unaplaca receptora y tubos por los que circula líquidoadheridos a ésta. El receptor (generalmente recubierto conuna capa selectiva oscura) asegura la transformación deradiación solar en calor, mientras que el líquido quecircula por los tubos transporta el calor hacia dondepuede ser utilizado o almacenado. El líquido calentado esbombeado hacia un aparto intercambiador de energía (unabobina dentro del compartimento de almacenado o un aparatoexterno) donde deja el calor y luego circula de vueltahacia el panel para ser recalentado.

Teoría y Construcción Silicio cristalino y Arseniuro de galio son la eleccióntípica de materiales para fabricar las celdas solares. Loscristales de Arseniuro de galio son creados especialmentepara uso fotovoltaico, mientras que los cristales deSilicio están disponibles en lingotes estándar más baratosproducidos principalmente para el consumo de la industriamicroelectrónica. El Silicio policristalino tiene unamenor eficacia de conversión pero también menor coste porlo que al final su rentabilidad se justifica.

Cuando es expuesto a luz solar directa, una celda deSilicio de 6cm de diámetro puede producir una corriente dealrededor 0,5 amperios a 0,5 voltios (dependiendo delbrillo solar y la eficacia de la celda).

Fig. 4 Construcción de un panel solar

Los lingotes cristalinos son cortados en discos finos comouna oblea, pulidos para eliminar posibles daños causadospor el corte. Se introducen dopantes (impurezas añadidaspara modificar las propiedades conductoras) dentro de lasobleas, y se depositan conductores metálicos en cadasuperficie: una fina rejilla en el lado donde da la luzsolar y usualmente una hoja plana en el otro. Los panelessolares son construidos con estas celdas cortadas en formaapropiada.

Para protegerlos de daños en la superficie frontalcausados por radiación o por el mismo manejo de éstos selos enlaza en una cubierta de vidrio y se cimentan sobreun sustrato (el cual puede ser un panel rígido o una mantablanda). Se realizan conexiones eléctricas en serie-paralelo para determinar el voltaje de salida total. Lacimentación y el sustrato deben ser conductores térmicos,ya que las celdas se calientan al absorber la energíainfrarroja que no es convertida en electricidad.

Debido a que el calentamiento de las celdas reduce laeficacia de operación es deseable minimizarlo. Losensamblajes resultantes son llamados paneles solares ogrupos solares.Si un cuarto de los pavimentos y edificios de las ciudadesfueran convertidos en paneles solares, estos proveeríansuficiente energía para la ciudad.

Efecto fotoeléctrico

La emisión de electrones por metales iluminados con luz dedeterminada frecuencia fue observada a finales del sigloXIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual seliberan electrones de un material por la acción de laradiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisiónfotoeléctrica. Sus características esenciales son: Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral

de la radiación electromagnética por debajo de la cualno se producen fotoelectrones por más intensa que sea laradiación.

La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa laintensidad de la radiación que incide sobre lasuperficie del metal, ya que hay más energía disponiblepara liberar electrones.

Figura 5. Efecto fotoeléctrico

En los metales hay electrones que se mueven más o menoslibremente a través de la red cristalina, estos electronesno escapan del metal a temperaturas normales por que notienen energía suficiente. Calentando el metal es unamanera de aumentar su energía. Los electrones "evaporados"se denominan termo electrones, este es el tipo de emisiónque hay en las válvulas electrónicas. Vamos a ver quetambién se pueden liberar electrones (fotoelectrones)mediante la absorción por el metal de la energía deradiación electromagnética.El objetivo de la práctica simulada es la determinación dela energía de arranque de los electrones de un metal, y elvalor de la constante de Planck. Para ello, disponemos de

un conjunto de lámparas que emiten luz de distintasfrecuencias y placas de distintos metales que van a seriluminadas por la luz emitida por esas lámparasespeciales.

CELDA FOTOVOLTAICAUna celda fotovoltaica, convierte energía luminosa en energíaeléctrica. Las celdas solares estánformadas por dos tipos de material de silicio: tipo p y tipo n.

Figura1 celdas fotovoltaicas

La luz ioniza los átomos en el silicio y el campo interno producido por la unión que separa

algunas de las cargas positivas ("agujeros") de las cargas negativas (electrones) dentro deldispositivo fotovoltaico.La cantidad de energía que entrega un dispositivo fotovoltaico esta determinado por: El tipo y el área del material La intensidad de la luz del solEl voltaje de las celdas fotovoltaicas no depende de su tamaño.El tipo de corriente eléctrica que proporcionan es corrientecontinua

Regulador de Carga

Los reguladores de voltaje son aparatos electrónicos que se

conectan directamente a los paneles y ajustan un punto para la

máxima transferencia de potencia (para obtener el mejor

rendimiento de las celdas), y además se conectan a las baterías y

al inversor.

Función

Dispositivo encargado de proteger a la batería frente a

sobrecargas y sobre descargas profundas.El regulador de tensión

controla constantemente el estado de carga de las baterías y

regula la intensidad de carga de las mismas para alargar su

vida útil. También genera alarmas en función del estado de

dicha carga.Los reguladores actuales introducen

microcontroladores para la correcta gestión de un sistema

fotovoltaico. Su programación elaborada permite un control

capaz de adaptarse a las distintas situaciones de forma

automática, permitiendo la modificación manual de sus

parámetros de funcionamiento para instalaciones especiales.

Incluso los hay que memorizan datos que permiten conocer cual

ha sido la evolución de la instalación durante un tiempo

determinado.Para ello, consideran los valores de tensión,

temperatura, intensidad de carga y descarga, y capacidad del

acumulador.

Existen dos tipos de reguladores de carga

Regulador de carga de una etapa.

Como el subtítulo indica, solamente trabajan en una de lasfunciones descritas anteriormente. O bien controlan la cargao la descarga, nunca las dos. Son los más económicos y losmás sencillos. Pero para una instalación de paneles solaresnecesitaríamos tener dos.

Regulador de carga de dos etapas.

Los modernos incorporan un microprocesador. Controlan las dosfunciones, tanto la carga como la descarga de la bateria. Sonbastante más caros, aún así, son los usados en las huertassolares.

Sistema de regulación. ¿Cómo trabajan los reguladores decarga? Regulación De La Intensidad De Carga De Las Baterías:igualación, carga profunda, flotación.

IGUALACIÓNEsta respuesta del regulador permite la realizaciónautomática de cargas de igualación de los acumuladores trasun período de tiempo en el que el estado de carga ha sidobajo, reduciendo al máximo el gaseo en caso contrario.

CARGA PROFUNDATras la igualación, el sistema de regulaciónpermite la entrada de corriente de carga a los acumuladoressin interrupción hasta alcanzar el punto de tensión final de

carga. Alcanzado dicho punto el sistema de regulacióninterrumpe la carga y el sistema de control pasa a la segundafase, la flotación.Cuando se alcanza la tensión final de carga, la batería haalcanzado un nivel de carga próximo al 90% de su capacidad,en la siguiente fase se completará la carga.CARGA FINAL Y FLOTACIÓNLa carga final del acumulador serealiza estableciendo una zona de actuación del sistema deregulación dentro de lo que denominamos “Banda de FlotaciónDinámica”. La BFD es un rango de tensión cuyos valores máximoy mínimo se fijan entre la tensión final de carga y latensión nominal + 10% aproximadamente.Una vez alcanzado elvalor de voltaje de plena carga de la batería, el reguladorinyecta una corriente pequeña para mantenerla a plena carga,esto es, inyecta la corriente de flotación. Esta corriente seencarga por tanto de mantener la batería a plena carga ycuando no se consuma energía se emplea en compensar laAutodescarga de las baterías.

-Indicadores De Estado: Desconexión Del Consumo Por BajaTensión De Baterías, Alarmas De Señalización

DESCONEXIÓN DEL CONSUMO POR BAJA TENSIÓN DE BATERÍA

La desconexión de la salida de consumo por baja tensión debatería indica una situación de descarga del acumuladorpróxima al 70% de su capacidad nominal.Si la tensión de la batería disminuye por debajo del valor detensión de maniobra de desconexión de consumo durante más deun tiempo establecido, se desconecta el consumo. Esto es paraevitar que una sobrecarga puntual de corta duración desactiveel consumo.Tensión de desconexión del consumo: tensión de labatería a partir de la cual se desconectan las cargas deconsumo.ALARMA POR BAJA TENSIÓN DE BATERÍALa alarma por baja tensiónde batería indica una situación de descarga considerable. Apartir de este nivel de descarga las condiciones delacumulador comienzan a ser comprometidas desde el punto devista de la descarga y del mantenimiento de la tensión de

salida frente a intensidades elevadasEsta alarma está enfunción del valor de la tensión de desconexión de consumo(siempre se encontrará 0,05 volt/elem. por encima).En elregulador DSD, Si la tensión de la batería disminuye pordebajo del valor de la alarma durante más de 10segundosaprox. se desconecta el consumo. El regulador entra entoncesen la fase de igualación y el consumo no se restaurará hastaque la batería no alcance media carga. Además, incluye unaseñal acústica para señalizar la batería baja PROTECCIONESTIPICAS contra sobrecarga temporizada en consumo Contrasobretensiones en paneles, baterías y consumo.Contradesconexión de batería.INDICADORES DE ESTADO/ SEÑALIZADORES HABITUALES

Indicadores de tensión en batería.Indicadores de fase decarga.Indicadores de sobrecarga/ cortocircuito.

PARÁMETROS A CALCULAR, DIMENSIONAMIENTO

Tensión nominal: la del sistema (12, 24, 48)Intensidad delregulador: la intensidad nominal de un regulador ha de sermayor que la recibida en total del campo de paneles FV.

-Parámetros importantes que determinan su operación

-Intensidad Máxima de Carga o de generación: Máximaintensidad de corriente procedente del campo de paneles queel regulador es capaz de admitir.-Intensidad máxima deconsumo: Máxima corriente que puede pasar del sistema deregulación y control al consumo.-Voltaje final de carga:Voltaje de la batería por encima del cual se interrumpe laconexión entre el generador fotovoltaico y la batería, oreduce gradualmente la corriente media entregada por elgenerador fotovoltaico (I flotación). Vale aproximadamente14.1 para una batería de plomo ácido de tensión nominal 12V.

BATERIA

Los acumuladores sirven para acumular energía y consumirla en

horas de poca radiación solar o de noche, estos equipos de

acumulación son las baterías.

Las baterías están formadas por dos compuestos Generalmente

(Plomo y ácido). Están construidos en módulos denominados

vasos, que tendrán dos electrodos el positivo y el negativo,

cada vaso puede llegar a dar 2 voltios.

La cantidad de energía que puede almacenar una batería

depende de su capacidad que se mide en A/h. Los acumuladores

están compuestos por una serie de láminas electrodos de

plomo.

Las baterías que mayormente se usan con los módulos

fotovoltaicos son las de Plomo Acido.

Tienen una capacidad de recargarse

Son prácticamente baratas

Están disponibles en una gran variedad de tamaños y

diseños.

Se pueden someter a descargas por tiempos prolongados

Pueden ser descargadas del 15% al 25% de su capacidad

La capacidad se mide en AMPERE-HORA(Ah)

Una capacidad de 100 Ah significa que puede descargar

10ª en 10 h o 2ª en 50 h. o bien 100ª durante 1h.

La capacidad de un banco de baterías depende de la

cantidad de baterías conectadas en paralelo a un voltaje

dado.

Inversor

Los inversores transforman la energía continua proveniente de

su fuente que es el sol, en corriente alterna, es decir, en

electricidad. Este cambio de voltaje es necesario dados que

los aparatos eléctricos se alimentan de uno u otro tipo de

corriente. Como referencia, la gran mayoría de los aparatos

eléctricos, presentes en todos los hogares del mundo y en las

oficinas, requieren de la corriente alterna.

Un inversor para paneles solares de voltaje sirve,

sencillamente para que esa energía captada por las celdas

solares durante las horas de sol, puedan alimentar a los

diferentes aparatos que tenemos en nuestras viviendas.

Funcionamiento:

Una vez que la corriente continua entra al inversor, ya sea

proveniente de la celda solar o desde la batería de ciclo

profundo, ésta es conducida al transformador que se encuentra

almacenado dentro del inversor de voltaje.

El inversor de voltaje transforma forzando a la corriente

continua para que actúe como si fuese corriente alterna, esto

se logra mediante la interrupción permanente de la corriente

continua, pasándola a través de dos o más transistores que se

encienden y apagan en forma interrumpida.

Un inversor para una instalación fotovoltaica aislada debe

cumplir:

Posibilidad de suministrar una corriente alterna

con forma sinodal a tensión y una frecuencia

estable.

Un buen rendimiento de transformación en todo el

rango de potencias menores que la nominal

Autoprotección contra sobrecargas, cortocircuitos y

cambio de polaridad

Arranque automático con bajo autoconsumo en stand-

by

Compatibilidad electromagnética

Poca existencia de armónicos superiores

MATERIALES Y PRESUPUESTO.

Sistema fotovoltaico.

Cantidad Descripción Valor unitario Total

METODOLOGIA:

ESTUDIO DE LA CARGA

Estudio de la carga para el Laboratorio de Electrónica de laUniversidad Nacional de Loja, diseñada como una fuenteemergente de iluminación.

La tabla 1 nos muestra las cargas de la iluminación que vanser instaladas en nuestro sistema fotovoltaico en casos deemergencia.

Tabla 1. Consumo energético estimado

Unidades

Carga Potenciaunitaria(w)

Horasfuncionamiento al día(H)

Total Energíanecesaria (Wh)

Total Energía necesaria (Wh)xMargen Seguridad 20%

1 Lum. LED 110vAC

4 4h 16 19.2

1 Lum. LED 110v AC

4 4h 16 19.2

1 Lum. LED 12v DC

6 4h 24 28.8

TOTAL 56Wh/dia

67.2Wh/dia

Con los datos de esta “Tabla de Consumos” obtenemos elconsumo medio diario de la instalación al que se le haaplicado un 20% como margen de seguridad recomendado.

Debemos también tener en cuenta que en la instalación habrápérdidas por rendimiento de la batería y del inversor y estoinfluye en la energía necesaria final. Generalmente, para elbuen dimensionamiento, tomaremos un rendimiento de la bateríade un 95%, del inversor un 90% y de los conductores un 100%.

Así pues para el cálculo de los consumos medios diarios (Lmd)consideramos la siguiente expresión:

Lmd=Lmd,DC+

Lmd,AC

ηinv

ηbat.ηcon

Lmd=28,8+38,4

0,900,95x1

= 75,22 Wh/dia

Siendo:

(Lmd) el consumo medio de energía diario.

(Lmd,DC) el consumo medio de energía diario de las cargas encontinua.

(Lmd,AC) el consumo medio de energía diario de las cargas enalterna.

O bien, si lo queremos expresar como el consumo de energíamedio en Ah/día:

QA /h=¿

Lmd

VBAT¿

QA /h=¿ 75,22

12¿= 6,26 Ah/día

Como dato adicional, podríamos calcular el consumo totalanual (LT)

LT = Lmd * 365 días

LT = 75,22 * 365 días = 27455,3 Wh/año

Una vez calculado el consumo; En la tabla 2, se muestran losvalores mensuales de irradiación del año 2009, para efectosde verificación se puede revisar los anuarios de la páginawww.inmhi.com.ec y en la tabla 3. Nos muestra las relacionesmensuales de consumo / irradiación.

TABLA 2. DATOS METEREOLÓGICOS ESTACIÓN LA ARGELIA. LOJA. ECUADOR. 2009

M033 L

A AR

GELIA

(LOJ

A)

MES

TEMPERATURA DEL AIRE A LA SOMBRA VELOCIDAD MEDIA Y FRECIENCIA DEL VIENTO VELOCIDAD MAYOROBSERVADA

VELOCIDAD MEDIA

IRRADIACIÓNABSOLUTAS MEDIAS N NE E SE S SW W NW Calm

a%

Máxima Día

Mínima Día

Máxima

Mínima

Mensual

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s) m/s DIR m/s MJ/d-m2

ENERO 25,2 6 9,3 19 21,0 12,5 16,1 3,2 3,1 2 2 59 3,2 N 1,1 13,3

FEBRERO 24,215-25 10,0 7 20,8 12,6 16,1 3,2 2,8 3 3,3 4 3,2 37 3,2 N 1,8 13,3

MARZO 25,2 17 8,0 17 22,1 12,3 16,5 2,4 3,3 4 2 2,8 2,4 48 2,4 NW 1,3 16,3ABRIL 24,6 29 9,0 9 21,6 12,8 16,6 3,5 2,9 3 3 3 36 3,5 N 2,0 13,7MAYO 24,8 6 8,0 7 21,9 11,9 16,4 4,3 5,2 4 3 58 4,3 N 1,6 15,9

JUNIO 24,25 o14 7,6 23 20,7 12,3 15,9 4,5 2,7 3 6 3 3,8 23 4,5 N 3,1 13,7

JULIO 24,8 21 8,4 21 19,8 12,3 15,5 5,2 3,6 8 5,5 21 5,2 N 3,8 14,4AGOSTO 25,0 16 6,0 16 20,3 12,1 15,8 4,8 3,5 3 3,7 3,7 5,6 31 4,8 N 3,0 15,8SEPTIEMBRE 25,2 15 7,4 15 20,6 12,7 16,3 4,7 5,8 3 4 3 5,5 2,5 4 11 4,7 N 4,0 16,6OCTUBRE 25,5 24 8,0 11 22,9 12,2 16,9 3 3,1 3,7 3 2,5 2,6 2,6 44 3 N 1,5 18,2

NOVIEMBRE 27,0 9 4,07 O9 23,2 11,1 16,8 2,8 2,8 2 3,5 3,2 2,8 2 2,9 36 2,8 N 1,7 18

DICIEMBRE 26,2 28 9,2 6 23,2 12,3 17,3 3 2,9 4 3 2,9 47 3 N 1,5 17,6VALOR ANUAL 15,6

Tabla 3. Relaciones mensuales de consumo / Irradiación.

CONSUMO(Kwh/mes)

Día/mes

CONSUMO(Kwh/dia)

IRRADIACIÓN(Kwh/m2.dia)

CO/Im2

Enero 81.8 31 2.63 3.69 0.71Febrero 79.5 28 2.83 3.69 0.77Marzo 87.5 31 2.83 4.52 0.62Abril 95.5 30 3.18 3.80 0.83Mayo 85.1 31 2.74 4.41 0.62Junio 89.1 30 2.97 3.80 0.78Julio 81.8 31 2.63 4.00 0.65Agosto 81.8 31 2.63 4.38 0.60Septiembre

81.8 30 2.72 4.61 0.59

Octubre 96.1 31 3.10 5.05 0.61Noviembre

80.2 30 2.67 5.00 0.53

Diciembre

81.8 31 2.63 4.88 0.53

Octubre mes de mayor consumo /mesAbril mayor consumo /díaOctubre mes con mayor irradiación

DIMENSIONAMIENTO DE LOS PANELES

PT=¿ Lmd crit

PMPP∗¿ HPScrit∗¿PR ¿ ¿¿

PT=¿ 75,22

32W∗¿3,80¿ 0,90¿¿

PT=¿ 75,22.

109,44¿

PT=¿0,68≡1panel ¿

Lmdcrit = el consumo medio diario mensual para el mes crítico, (en este caso, essiempre el mismo [75,22 wh/dia],

PMPP= la potencia pico del módulo en condiciones estándar de medida STC, en estecaso, (32w)

HPScrit= son las horas de sol pico del mes crítico calculado a partir de la“Tabla de Radiaciones”, es decir: Irradiación del mes crítico; en este caso elmes de abril 3,80 (Kwh/m2.dia) (PR) el factor global de funcionamiento que varía entre 0.65y 0.90. Usaremos 0.90 por defecto.

Tenemos inicialmente el consumo de energía medio en Ah/díacalculado anteriormente:

QA /h=¿

Lmd

VBAT¿

QA /h=¿ 75,22

12¿ = 6,26 Ah/día

Así pues, la corriente que debe generar el campo de captaciónfotovoltaico en las condiciones de radiación solar del mescrítico sería:

IGFV=¿

QA /h

HPScrit¿

IGFV=¿

6,263,80

¿ = 1,64 A

Siendo:

IGFV=¿¿ la corriente generada por el campo de captación fotovoltaico del panel.

DIMENSIONAMIENTO DE LA BATERIA.

Realizaremos el cálculo de la batería en donde se deberá tomar dos parámetros muy importantes; para el dimensionamiento de la batería.

Estos parámetros son:

la máxima profundidad de descarga (diaria y estacional ) y el número de días de autonomía. En este caso para

nuestro cálculo se tomó 6 días.

Profundidad de Descarga Máxima Diaria (PDmax.d) = 15% = 0,15 (25)

Número de días de Autonomía (N) = 6 (3)

Calculamos entonces ahora la capacidad nominal necesaria delas baterías en función de la profundidad de descargaestacional y diaria. La mayor de ellas será la queseleccionemos, pues de lo contrario podríamos incurrir en unainsuficiencia estacional o diaria.Capacidad nominal de la batería en función de la descargamáxima diaria (Cnd):

Cnd (Wh )=Lmd

PDmax,d∗FCT

Cnd (Wh )= 75,220,15∗1

=501.46wh

Cnd (Ah)=Cnd (Wh )VBAT

Cnd (Ah)=501,4612

=41,78Ah

La explicación de las dos ecuaciones es sencilla, necesitamosgenerar una energía diaria Lmd con nuestras baterías peropermitiendo solamente un 15% de descarga máxima diaria ysuponiendo un Factor de correción de Temperatura (FCT = 1).Una vez sabida la energía en Wh de la batería, simplementedividimos entre la tensión de la misma (12V en este caso) yya tenemos la capacidad mínima que necesitamos para nuestrosistema de acumulación en función de la descarga máximadiaria.

Capacidad nominal de la batería en función de la descargamáxima estacional (Cne):

Cne (Wh )=Lmd∗N

PDmax,e∗FCT

Cne (Wh )=75,22∗60,7∗1

=644,74wh

Cne (Ah)=Cne (Wh )VBAT

Cne (Ah)=644,7412

=53,72Ah

La explicación es similar a la anterior, necesitamos generaruna energía diaria Lmd con nuestras baterías pero que podamosdisponer de ella durante 6 días sin sol, sin permitir unadescarga mayor del 70% y suponiendo un Factor de correción deTemperatura (FCT = 1). Una vez sabida la energía en Wh de labatería, simplemente dividimos entre la tensión de la misma(12V en este caso) y ya tenemos la capacidad mínima quenecesitamos para nuestro sistema de acumulación en función delos días de autonomía.

Así pues escogeríamos la mayor, es decir la capacidad nominalde las baterías sería, como mínimo, C100=53,72Ah

DIMENSIONAMIENTO DEL REGULADOR.

Procedemos ahora al cálculo del regulador, para ello debemoscalcular cual es la máxima corriente que debe soportar elregulador, a su entrada pero también a su salida. Para calcular la corriente de entrada al regulador tomamos encuenta la corriente de cortocircuito de un módulo, dondeveremos los datos característicos de nuestro módulo de 32w yla misma que es Icc=2.4 A.

Ientrada= 1,25 x Icc x Np

Ientrada= 1,25 x 2,4 x 1

Ientrada= 3A

Siendo:

(Icc) la corriente de cortocircuito de nuestro módulo. Se usa la corriente de cortocircuito para el cálculo de lacorriente de entrada al regulador por que será la máximacorriente que podría ser generada por el módulo fotovoltaicoy ha de ser esa la que tengamos en cuenta para evitarpérdidas de rendimiento.(Np) el número de ramas en paralelo, en este caso, 1.(1,25) es un factor de seguridad para evitar dañosocasionales al regulador.

Para el cálculo de la corriente de salida hemos de valorarlas potencias de las cargas DC y las cargas AC:

Isalida=

1,25∗(PDC+PACηinv

)

VBAT

Isalida=

1,25∗(6+ 4+40,95

)

12v

Isalida=1,5A

Siendo:(PDC), Potencia de las cargas en continua.

(PAC), Potencia de las cargas en alterna.

(ηinv), Rendimiento del inversor, en torno a 90-95%.Así pues, el regulador debería soportar una corriente, como mínimo de 3 Amp. a su entrada y 1,5 Amp. a su salida.

DIMENSIONAMIENTO DEL INVERSOR.

Para el cálculo del inversor, únicamente hemos de calcular lasuma de las potencias de las cargas de alterna. En nuestrocaso, sería (8w) y aplicar un margen de seguridad del 20%.Así pues:

Pinv=1,2x(4+4)w

Pinv=9,6w

En nuestro caso utilizaremos un inversor con una potencia de150w.

MODELO Y CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO.

PANEL SOLAR:

CARACTERÍSTICAS PANEL SOLARfísicasLongitud 1366.1mmAnchura 343.5mmEspesor 33.8mmNumero de celdas en Serie 11EléctricasTensión nominal WPotencia máxima 32WCorriente de cortocircuito 2.4 ATensión de circuito abierto 23.8 VCorriente de opresión 1.94 AConstructivasCélulas Si Monocristalino, texturas y

con capa antirefexivaContactos Contactos redundantes,

múltiplesLaminado EVA (etilen-vinil acetato)Cara frontalCarga Posterior Protegido con teldar de

varias capasMarco Aluminio Anodizado

REGULADOR FOTOVOLTAICO:

CARACTERÍSTICAS REGULADOR FOTOVOLTAICOLongitud 172mmAlto 105mmProfundo 24mmPeso 600gr.EléctricasTensión nominal Bitensión: Selecciona

automáticamente 12V/24VIntensidad Máxima de Consumo 20 AIntensidad Máxima de Generación 20 ASobrecarga Admisible 25%Autoconsumo < 20 mAPérdida máxima generación consumo 2 WConstructivasTipo de Regulación Serie, controlador por

microprocesadores con relé

de estado sólido.Selección de Baterías SLI mod/Abierta Tubular/

gel tubularSistema de regulación Carga profunda /

flotación / igualación

Visualización del modo de carga Profunda, Flotación e

igualación, mediante led.Desconexión por consumo de baja

tensiónSi

Alarmas locales Alta y Baja tensión de

batería, sobrecarga,

cortocircuito, mediante LED

´sIndicadores de estado de carga Bateria llena, media y

vacíaProtección contra polaridad

inversaSi, temporizador (líneas

generación y consumo)Protección contra corto circuito Si, instantáneo (línea

consumo)Protección contra sobre tensiones Si, mediante Varistorés

(línea, generación, batería

y consumo )Protección contra desconexiones de

bateríaSi

Tropicalización de los circuitos SiRango de Temperatura de

funcionamiento0-50°C

Reame desconexión cortocircuito /

sobrecargaReset manual

BATERIA:

CARACTERÍSTICASModelo NS40ZMarca ETNACapacidad 100 A/hNumero de celdas 6Tipo de Electrolito Ácido sulfúrico

INVERSOR:

CARACTERÍSTICASPotencia 150 WTensión de entrada 12 – 22V CCTensión de salida 120 V CARendimiento Máximo 100%Consumo en Vacío 0.05 AFrecuencia nominal 60 Hz