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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS
UNIVERSIDAD DE SEVILLA
Departamento de Ingeniería Eléctrica
PROYECTO FIN DE CARRERA
INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA
DE POTENCIA NOMINAL CONJUNTA DE 300 kW
EN UTRERA (SEVILLA)
AUTOR: ALFONSO GARCÉS LÓPEZ-ALONSO
TUTORES: D. JOSÉ ANTONIO ROSENDO MACÍAS
D. PEDRO LUIS CRUZ ROMERO
JULIO 2007
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 0. Índice
INDICE
1. MEMORIA DESCRIPTIVA 5
1.1 OBJETO DEL PROYECTO 5
1.2 EMPLAZAMIENTO 5
1.3 ANTECEDENTES 5
1.4 NORMAS Y REFERENCIAS 6
1.5 DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 8
1.6 PUESTA A TIERRA Y PROTECCIÓN
DE SOBRETENSIONES 21
1.7 MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL TRABAJO 23
1.8 ELEMENTOS ANTIINTRUSISMO 23
2. MEMORIA DE CÁLCULO 25
2.1 DEFINICIONES 25
2.2 DATOS DE PARTIDA 26
2.3 DISTRIBUCIÓN DEL HUERTO SOLAR 27
2.4 ESTUDIO ELÉCTRICO FOTOVOLTAICO 29
2.5 CÁLCULOS EN BAJA TENSIÓN 38
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 0. Índice
2.6 PUNTO DE CONEXIÓN 45
2.7 CÁLCULO DE LAS INST. DE PUESTA A TIERRA 53
2.8 LÍNEA SUBTERRÁNEA DE MEDIA TENSIÓN 63
2.9 ESTUDIO DE RADIACIÓN SOLAR 68
3. PRESUPUESTO 91 4. ESTUDIO BÁSICO DE SEGURIDAD Y
SALUD 97
4.1 OBJETO 97
4.2 ANÁLISIS DE RIESGO 97
4.3 MEDIDAS PREVENTIVAS 98
5. DESMANTELAMIENTO Y RESTITUCIÓN 107
5.1 OBJETO Y ANTECEDENTES DE DESMANTELAMIENTO 107
5.2 DESCRIPCIÓN DE LAS OBRAS DE DESMANTELAMIENTO 108
6. BIBLIOGRAFÍA 113
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 0. Índice
7. ÍNDICE DE PLANOS 115
ANEXO DE CATALÓGOS Y
DOCUMENTACIÓN TÉCNICA DE EQUIPOS 117
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 0. Índice
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
1. MEMORIA DESCRIPTIVA
1.1. OBJETO DEL PROYECTO
El presente proyecto se redacta con el fin de diseñar y calcular una
instalación solar fotovoltaica, de acuerdo a la legislación vigente, para la
obtención de la Autorización Administrativa, así como servir de base a la
hora de proceder a la ejecución de dicha instalación, de forma que lo
proyectado pueda ser directamente ejecutado mediante la correcta
interpretación y aplicación de las especificaciones.
La planta fotovoltaica tendrá una potencia nominal total de 300 kW, la
cual estará a su vez formada por tres instalaciones de 100kW de potencia
nominal cada una.
1.2. EMPLAZAMIENTO
El conjunto de instalaciones fotovoltaicas objeto de este proyecto se
ubicará en la finca denominada “Pago de la Barberisca” situada en el
polígono 10, parcela 56, del término municipal de Utrera (Sevilla).
1.3. ANTECEDENTES
Este proyecto que se pretende realizar en la campiña de Utrera,
pretende compaginar las nuevas tecnologías de producción de energía
mediante paneles solares fotovoltaicos con el aprovechamiento tradicional
de la zona como es la aceituna de verdeo.
Para evitar al máximo el arranque de los olivos, se pretende colocar la
instalación en la zona de la vivienda y huerta actual. Esta situación de la
planta de producción de energía solar fotovoltaica minimizaría el arranque
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
de los olivos y permitiría la construcción de una nueva vivienda con el
máximo aprovechamiento del terreno.
1.4. NORMAS Y REFERENCIAS
Para la realización del proyecto se tendrá en cuenta la siguiente
normativa:
- Ley 54/1997 Ley del Sector Eléctrico que establece los principios de un
modelo de funcionamiento basado en la libre competencia, impulsando a su
vez el desarrollo de instalaciones de producción de energía eléctrica en
régimen especial.
- R.D. 1663/2000 Real Decreto sobre conexiones de instalaciones
fotovoltaicas a la red de baja tensión, que establece las condiciones técnicas
y administrativas necesarias para la conexión de instalaciones fotovoltaicas
a la red de baja tensión.
- BOE nº148 21/06/01 Resolución de la Dirección general de Política
Energética y Minas que establece el modelo de contrato tipo y modelo de
facturas para instalaciones solares fotovoltaicas dentro del ámbito de
aplicación del RD 1663/2000.
- R.D. 436/2004 Real Decreto por el que se establece el procedimiento de
inclusión en el régimen especial, también establece las tarifas, primas e
incentivos para energías renovables, así como su revisión.
- R.D.1995/2000 Real Decreto que regula los procedimientos de
autorización de instalaciones de energía eléctrica en general (Título VIII).
Aplicada en el caso de conexión a la red de alta tensión.
- Ley 31/1995 Ley de Prevención de Riesgos Laborales.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
- RD 841/2002 Real Decreto por el que se regula para instalaciones de
producción de energía eléctrica en régimen especial su incentivación en la
participación en el mercado de producción, determinadas obligaciones de
información de sus previsiones de producción, y la adquisición por los
comercializadores de su energía eléctrica producida.
- R.D. 842/2002 Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión “REBT” e
Instrucciones Técnicas Complementarias.
- Normas particulares y condiciones técnicas y de seguridad de 2005 de la
compañía Sevillana-Endesa, versión corregida por Resolución de 23 de
Marzo de 2006 por la Dirección General de Industria, Energía y Minas:
Capítulo I: Generalidades
Capítulo II: Acometidas e Instalaciones de Enlace en BT
Capítulo III: Redes de Distribución en BT
Capítulo IV: CT, Seccionamiento y Entrega
Capítulo V: Redes de Distribución en MT
Capítulo VI: Esp. Téc. para la conexión de suministros en MT
Capítulo VII: Equipos de Medida para la facturación
Cuanta otra reglamentación vigente le sea de aplicación, entre todas
ellas se elegirá siempre la más restrictiva.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
1.5. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN
El Huerto Solar descrito en este proyecto estará formado por 3
instalaciones individuales de 100 kW de potencia nominal cada una.
Las instalaciones proyectadas tienen una potencia instalada en módulos
de 110,88 kWp cada una, utilizando 616 módulos STM 180 (de 180 Wp
potencia pico), lo que totaliza una potencia en la planta solar de 332,64
kWp.
En la conexión de la instalación fotovoltaica se respetará que la caída de
tensión provocada por la conexión y desconexión de la instalación
fotovoltaica sea inferior al 1,5 % de la tensión nominal y no deberá
provocar en ningún usuario de los conectados a la red la superación de los
límites indicados en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión.
El factor de potencia de la energía suministrada a la compañía
distribuidora será lo más próximo posible a la unidad pero nunca inferior a
0,86. Los inversores previstos inyectarán corriente con un factor de
potencia unidad.
MATERIAL DE LAS CÉLULAS
Tipos de células
- Silicio cristalino: Monocristalino y Policristalino
- Película delgada: Silicio Amorfo, diseleniuro de cobre e indio (CIS),
teluro de Cadmio.
- Células híbridas.
Las células cristalinas están formadas fundamentalmente por silicio,
siendo éste el material más abundante en la Tierra después del oxígeno. No
se encuentra en estado puro sino unido químicamente al oxígeno en forma
de dióxido de silicio. Para obtener silicio puro se debe separar el oxigeno no
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
deseado del dióxido y para ello se introduce la “arena de cuarzo” junto con
“polvo de carbono" en un crisol donde ambos se funden. De esta manera se
obtiene el denominado silicio metalúrgico con una pureza del 98%.
Este silicio no es de la suficiente pureza como para que pueda ser
utilizado con fines electrónicos, ya que para estas aplicaciones se exige un
grado de impurezas admisible de una milmillonésima parte. Por este motivo
se purifica el silicio metalúrgico mediante procesos químicos.
El silicio se muele y se mete junto con gas de hidruro de cloro
(clorhídrico) en un horno. El producto químico de dicha reacción es
hidrogeno y Cl3Si, un liquido que hierve a 31ºC. Mediante destilaciones
sucesivas se alcanza el grado de pureza deseada ya que en cada destilación
este va aumentando.
Posteriormente se coloca el Cl3Si, con hidrógeno a 1000ºC obteniéndose
así silicio. El silicio puede ser manipulado posteriormente de muchas formas
diferentes. En función del procedimiento se obtienen células monocristalinas
o policristalinas.
Los fabricantes de células solares se proveen, hasta ahora,
principalmente del material procedente de los residuos de semiconductores
en la industria electrónica.
Células monocristalinas de silicio
Fabricación: Para la obtención de silicio monocristalino de aplicación
terrestre se establece un proceso denominado Czochralski (proceso en
crisol).
Mediante este procedimiento se toma una semilla de silicio
monocristalino con una determinada orientación cristalina y se introduce en
el crisol hasta que toca la superficie de la masa fundida de silicio que se
encuentra en el crisol (punto de fusión 1420ºC) y se extrae hacia arriba
girando muy lentamente sobre el eje de la varilla.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
De esta manera se elaboran monocristales cilíndricos de un diámetro de
unos 30 cm y una longitud de varios metros. Estos cilindros se cortan
después en finas láminas de unos 0,3 mm de espesor denominadas obleas.
En el biselado y corte de las obleas de los monocristales se desperdicia gran
parte del silicio, quedando como residuos.
A partir de las obleas dopadas tipo p se produce una fina capa dopada
tipo n mediante difusión de fósforo (a una temperatura de 800 a 1200ºC).
Tras la colocación en la capa posterior del contacto (electrodo posterior) se
colocan las líneas por dónde circula la corriente en la cara anterior de la
oblea y se le dota de una capa antirreflectante (AR).
Existen otros procedimientos de fabricación de silicio monocristalino
como el de fases líquidas que permite obtener células solares con mayor
pureza y con un rendimiento entre un 1-2 % mayor. El material de partida
utilizado en este caso es una varilla de silicio de gran pureza pero muy caro.
Éste es introducido en una bobina y con ayuda de un campo de alta
frecuencia se funde desde abajo hacia arriba.
A partir de una semilla de silicio monocristalino en la punta de la varilla
se convierte en silicio monocristalino enfriado. Las impurezas del material
se quedan en la fundición.
Rendimiento: 15 - 18% (Silicio Czochralski)
Forma: Según la cantidad de materia que se bisele se tienen células
cuadradas, semicuadradas o redondas. Las células redondas son más
baratas que las semicuadradas o que las cuadradas, ya que en su
elaboración se desperdicia menos cantidad de material. Sin embargo no son
las más empleadas en los módulos estándar debido al mal aprovechamiento
de la superficie. En módulos especiales para la integración en fachadas
dónde se busca un cierto grado de transparencia las células redondas son
una buena alternativa.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
Medidas: la mayoría 10 x 10 cm ó 12,5 x12,5 cm; Ø=10, 12,5 ó 15 cm
Espesor: 0,3 mm
Estructura: homogénea
Color: Azul oscuro a negro (con AR), gris (sin AR)
Célula monocristalina cuadrada y semicuadrada
Células policristalinas de silicio
Fabricación: El proceso de elaboración más usado para la obtención de
silicio policristalino es el procedimiento de fusión en bloques. Se toma sílice
al vacío y se calienta a 1500 ºC, que debido a la menor temperatura del
fondo del crisol en frío, a 800ºC se enfría de nuevo. Se forma n bloques de
silicio de 40 x 40 cm y 30 cm de altura.
Los bloques se cortan con una sierra en lingotes primero y
posteriormente en obleas de 0,3 mm de espesor. En el corte de las obleas
se pierde parte del silicio.
Mediante el proceso de dopaje con fósforo también se ponen los
contactos eléctricos por la cara posterior. Por último se dota a la oblea con
la red para direccionar la corriente en la cara anterior así como de un
tratamiento superficial antirreflectante (AR).
Rendimiento: 13-15%
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
Forma: cuadrada
Medidas: 10x10cm, 12,5 x 12,5 cm, 15 x 15 cm
Espesor: 0,3 mm
Estructura: Por el procedimiento de fusión en bloques se forman cristales
con diferentes orientaciones. Debido a la diferente reflexión de la radiación
se reconocen fácilmente los cristales en la superficie (estructura de la flor
del hielo)
Color: Azul (con AR), gris plata (sin AR)
Tipos de Oblea policristalina
A nivel comercial, los módulos que más se utilizan son los de silicio
monocristalino y los de silicio policristalino. De los dos, el monocristalino es
más eficiente (del orden de un 5-10 % más para la misma superficie de
captación) y con una duración mayor en sus características eléctricas
mientras que el policristalino suele ser más barato que el monocristalino
para la misma potencia pico (del orden del 5-10 % menos).
A título orientativo, si se utilizan sistemas de seguimiento de la posición
del sol, o sistemas de baja concentración de la radiación, se recomiendan
módulos monocristalinos frente a los policristalinos ya que por la mayor
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
eficiencia de los módulos monocristalinos por unidad de superficie aumenta
la captación de energía para un sistema de seguimiento.
CARACTERÍSTICAS DE MÓDULOS
El módulo fotovoltaico utilizado será el SunTechnics STM 180F fabricado
por SunTechnics. Este modelo se caracteriza por tener una gran eficiencia
debido a su alta tecnología con una eficiencia mínima de la célula del 20%,
las 72 células de contacto al dorso de silicio monocristalino de alto
rendimiento (Back Contact Cell), que componen este módulo de
dimensiones compactas, están protegidas por un cristal Albarino con capa
antirreflejante. Conexiones entre células con conectores tipo Multi-Contact
para una alta fiabilidad de montaje y cumple clase de protección eléctrica II.
Marco de aluminio anodizado en negro, resistente a la corrosión.
El módulo STM 180F cumple con todas las especificaciones de calidad
requeridas. Éste módulo fotovoltaico lleva de forma claramente visible e
indeleble el modelo y nombre o logotipo de SUNTECHNICS.
Las características eléctricas del módulo STM 180F se adjuntan en el
apartado de Características Técnicas de los Equipos.
Todos los módulos deberán satisfacer las especificaciones UNE-EN 61215
para módulos de silicio cristalino así como estar cualificados por algún
laboratorio reconocido, lo que se acreditará mediante la presentación del
certificado oficial correspondiente.
Será rechazado cualquier módulo que presente defectos de fabricación
como roturas o manchas en cualquiera de sus elementos así como falta de
alineación en las células o burbujas en el encapsulante.
CARACTERÍSTICAS DE SOPORTES
La estructura soporte tiene las funciones principales de servir de soporte
y fijación segura de los módulos fotovoltaicos así como proporcionales una
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
inclinación y orientación adecuadas, para obtener un máximo
aprovechamiento de la energía solar incidente.
La instalación se realizará con orientación sur, para una inclinación
óptima de 30º, considerando una separación entre estructuras que eviten
el sombreado de las estructuras entre si.
Se han elegido unas estructuras de SunTechnics modelo SolarGigant II,
que aseguran resistencia a las cargas de viento hasta una velocidad de
150km/h (en posición horizontal) y de 100km/h en cualquier posición,
frente a cargas de nieve hasta 1,4kN/m2. Los soportes están construidos
con perfiles en aluminio extrusionado (AlMgSi 0,5) y las piezas pequeñas en
acero inoxidable (V2A). Además en el diseño de la estructura se ha buscado
por su facilidad de montaje de los módulos y se tendrá en cuenta la
realización de labores de mantenimiento y/o sustitución de los mismos.
CARACTERÍSTICAS DE INVERSORES
Los módulos fotovoltaicos generan corriente continua de intensidad
proporcional a la radiación incidente. Para que el sistema pueda operar en
paralelo con la red existente es necesario transformar esa corriente
continua en corriente alterna de las mismas características que la de la red.
El sistema de conversión de potencia para esta instalación estará
formado por tres inversores SOLARMAX 100C de potencia nominal 100kW.
Su configuración en la instalación es tal que a cada inversor convergen 616
módulos de una potencia pico de 180 Wp, dando una potencia pico total de
110,88 kWp.
Los inversores se instalarán de forma agrupada en centro monobloque
de hormigón de la marca y modelo PFU de Ormazábal, de dimensiones
adecuadas para albergar en su interior los equipos.
El funcionamiento de los inversores es totalmente automático. En cuanto
los módulos solares comienzan al alba con la generación de suficiente
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
potencia, la unidad de control y regulación comienza con la supervisión de
la tensión y frecuencia de la red. El inversor comienza con la alimentación
en cuanto dispone de una irradiación solar suficiente, trabajando de tal
modo que se extraiga la máxima potencia posible de los módulos. Ésta
función que se denomina MPPT (Maximum Power Point Tracking).
Los inversores seleccionados disponen de un transformador AF (AF =
alta frecuencia) que garantiza la separación galvánica entre el lado de
corriente continua y la red.
Las características técnicas del inversor se muestran en el apartado de
Características Técnicas de los Equipos.
CABLEADO, CAJAS Y ZANJAS EN CORRIENTE CONTINUA
Cableado
El conexionado entre módulos se realizará con terminales multicontacto
que facilitarán la instalación y además aseguran la durabilidad de las
conexiones.
A partir del generador fotovoltaico los positivos y negativos se conducen
separados, protegidos y señalizados de acuerdo a la normativa vigente.
Los conductores serán de cobre y tendrán la sección adecuada para
asegurar caídas de tensión inferiores al 1,5 % en la parte de CC de la
tensión nominal, calculando los cables para una intensidad máxima
admisible igual a la de cortocircuito del generador fotovoltaico.
El cable utilizado será un conductor flexible de cobre con aislamiento de
polietileno reticulado, especialmente diseñado para intemperie y con
resistencia contra los rayos UV. Está fabricado de acuerdo a norma UNE 21-
123 y presenta unas prestaciones elevadas frente a sobrecargas y
cortocircuitos.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
El cableado de continua presentará doble aislamiento y será adecuado
para el uso en intemperie, al aire o enterrado de acuerdo a la norma UNE
21-123.
Cajas de conexión
Las cajas de conexión en corriente continua deben ser resistentes a las
condiciones climáticas del lugar, y como las que se coloquen en los soportes
irán en el exterior precisan un grado de protección mínima IP 64, así como
tener aislamiento clase II, con una clara distribución entre el polo positivo y
el negativo. Serán cajas de dimensiones adecuadas, en su interior deben
estar claramente identificados cada uno de los circuitos, fusible,
interruptores, etc. El acceso a estas cajas estará limitado a personal
autorizado.
Se colocará una caja de conexión por cada cuatro estructuras
soporte, conectando los 4 x 28 = 112 módulos que albergan. Estas cajas,
contarán con las bornas de conexión, los fusibles de seguridad o
interruptores necesarios, así como el cable de conexión equipotencial que se
conecta a tierra.
Las protecciones y forma de conexión del cableado queda especificada
en los esquemas unifilares adjuntos.
Zanjas:
Toda la instalación eléctrica se realizará bajo zanja de 0,8 m de
profundidad según REBT.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
DISTRIBUCIÓN EN CORRIENTE ALTERNA Y CONEXIÓN A RED
Cableado
El cableado de CA se corresponde al último tramo de la instalación
fotovoltaica, el cual finalizará con la conexión física de la misma a la red
eléctrica de distribución en baja tensión. Este tramo se inicia a la salida del
inversor y finaliza en el punto de conexión a la red de baja.
El cable utilizado será un conductor flexible de cobre con aislamiento de
polietileno reticulado especialmente diseñado para intemperie y con
resistencia contra los rayos UV. Está fabricado de acuerdo a norma UNE 21-
123 y presenta unas prestaciones elevadas frente a sobrecargas y
cortocircuitos.
Los conductores serán de cobre y tendrán la sección adecuada para
asegurar caídas de tensión inferiores al 1 % en la parte de CA de la tensión
nominal, incluidas las posibles pérdidas por terminales intermedios, y los
límites de calentamiento recomendados por el fabricante de los
conductores, según se establece en el Reglamento Electrotécnico de Baja
Tensión.
Caja de conexión
Las cajas de conexión en corriente alterna deben ser resistentes a las
condiciones climáticas del lugar, irán en el interior de la caseta donde se
encuentran los contadores, deberán tener aislamiento clase II. Se colocará
una caja de conexión por cada contador, serán cajas de dimensiones
adecuadas, en su interior deben estar claramente identificados cada uno de
los, interruptores. El acceso a estas cajas estará limitado a personal
autorizado.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
EQUIPOS DE MEDIDA Y PROTECCIÓN
Protecciones
El sistema de protecciones deberá ser consistente con lo exigido por la
reglamentación vigente. Se instalarán:
- Interruptor general manual; que cumple a la vez la función de interruptor
magnetotérmico con intensidad de cortocircuito superior a la indicada por
Endesa en el punto de conexión. Éste interruptor es el que conecta ó
desconecta el generador fotovoltaico al cuadro de AC, será accesible a
Endesa con objeto de poder realizar la desconexión manual.
- Interruptor automático diferencial; es el interruptor que protegerá a las
personas en caso de derivación de algún elemento de la parte alterna de la
instalación.
- Magnetotérmico general; protege a las personas y los equipos de
sobreintensidades.
- Fusible de corriente continua; protege los conductores.
- Protección para la interconexión de máxima y mínima frecuencia; formado
por el relé de frecuencia que estará calibrado entre los valores 51 y 49 Hz y
deberá actuar cuando la frecuencia sea superior ó inferior a la de la red
durante más de 5 períodos. Esta protección está incorporada en los
inversores.
- Protección para la interconexión de máxima y mínima tensión; formado
por el relé de tensión, que estará calibrado entre los valores 1,1 y 0,85 de
la tensión de servicio de la red. El tiempo de actuación debe ser inferior a
0,5 segundos. Esta protección está incorporada en los inversores.
- La protección de derivación a tierra tanto del positivo como del negativo
está incluida en los inversores.
- Sistema de prevención de funcionamiento en isla. Este sistema viene
incorporado al inversor el cual desconecta automáticamente el generador
fotovoltaico cuando no detecta tensión en la red de suministro.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
Por supuesto, el rearme de la instalación se realizará de forma
automática una vez que se restablezca la tensión y frecuencia de red dentro
de los límites prefijados. Los inversores aseguran la reconexión en 180s.
Equipos de medida
Toda la instalación cumplirá con lo dispuesto en el Real Decreto
1663/2000 (artículo 10) sobre medidas y facturación de instalaciones
fotovoltaicas conectadas a la red de baja tensión.
Para medir la energía eléctrica recibida por la instalación fotovoltaica y la
entregada por ella se dispondrá de un equipo común. Todos los elementos
integrantes del equipo de medida se encontrarán precintados por la
empresa distribuidora.
El instalador autorizado sólo podrá abrir los precintos con el
consentimiento escrito de la compañía distribuidora. En caso de peligro
pueden retirarse los precintos sin consentimiento de la compañía eléctrica;
siendo en este caso obligatorio informar a la compañía distribuidora de
inmediato.
La colocación de los contadores y las condiciones de seguridad se
realizarán de acuerdo a la ITC-BT-16. Los contadores se ajustarán a las
características especificadas en las normas UNE 20.439, 21.310 y 21.311 y,
para la activa, como mínimo a las de clase de precisión 2 regulada por el
R.D. 875/84.
Las características del equipo de medida de salida serán tales que la
intensidad correspondiente a la potencia nominal de la instalación
fotovoltaica se encuentre entre el 50% de la intensidad nominal y la
intensidad máxima de precisión de dicho equipo, tal como se especifica en
el artículo 48 del Reglamento de Verificaciones Eléctricas.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
Cada instalación de potencia nominal 100kW tendrá que utilizar medida
indirecta con transformador de intensidad de relación 200/5 A. El contador
será también trifásico de Tipo 4 medida semiindirecta.
Cuadro de distribución, protección y mando
Es el cuadro donde se alojan las protecciones de las personas contra
contactos directos e indirectos, y de la instalación frente a cortocircuitos,
sobrecargas y sobretensiones de las corrientes alternas generadas a la
salida de los inversores. Está formado por un cuadro (IP55 según CEI-529)
de Poliéster, reforzado con fibra de vidrio, prensado en caliente que aloja
los diferentes mecanismos de protección y mando. Dicho cuadro es de doble
aislamiento según IEC 439-1 (EN 60.439-1) y resistente a los principales
agentes químicos y atmosféricos. Es resistente al fuego (según CEI 695.2.1)
y auto extinguible.
Al cuadro tendrá acceso la empresa de distribución y su alojamiento
deberá ser definido por dicha empresa. El cuadro está formado básicamente
por los siguientes elementos para los tres tipos de configuraciones:
Interruptor magnetotérmico con relé diferencial: 4P, 160 A /125 A, 16kA,
de caja moldeada.
Interruptor de protección y mando contra sobrecargas y cortocircuitos.
Características técnicas:
Norma de referencia: IEC 60947-3
Número de polos: 4P.
Intensidad nominal: 160 Amperios, regulable 125 A.
Tensión nominal: 380/415Vca.
Poder de corte: Nivel B, a 380/415 V, poder de corte 16kA.
Toroidal con bobina de disparo asociada a interruptor magnetotérmico.
Interrumpe un circuito en caso de producirse un defecto de aislamiento
entre conductores activos y tierra igual ó superior a un valor de 300mA.
Características técnicas:
Normas de referencia: IEC 61008-1, IEC 755, IEC 255-5
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
Clase: A superinmunizada.
Sensibilidad: 0,03 … 3 A.
Retardo: 0,02 … 1 0 s. Curva inversa: instantánea o selectiva.
Cuadro general de Protección y Contadores.
Es el cuadro que contiene los contadores de energía consumida,
generada y fusibles de protección. Dicho cuadro estará homologado por
Endesa. En todo caso la instalación del cuadro de contadores, los equipos
de medida y las condiciones de seguridad estarán de acuerdo con el ITC-BT-
13.
Se instalarán contadores aptos para generación de medida semi-
indirecta con trafos de 200/5 A.
Características técnicas de los contadores:
Clase de precisión 1 en Activa.
Clase de precisión 2 en Reactiva.
Medida en 4 cuadrantes.
2 Puertos RS 232 ó RS 485.
1 Puerto óptico.
Curva de carga de 213 días.
Nº de cierres de facturación: 64 uds.
Nº de eventos: 512 uds.
Lectura remota.
1.6. PUESTA A TIERRA Y PROTECCIÓN FRENTE SOBRETENSIONES
Toda la instalación cumplirá con lo dispuesto en el Real Decreto
1663/2000 (artículo 12) sobre las condiciones de puesta a tierra en
instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red.
La puesta a tierra de la instalación fotovoltaica se realizará de forma que
no se alteren las condiciones de puesta a tierra de la red de la empresa
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
distribuidora, asegurando que no se produzca transferencia de defectos a la
red de distribución.
La estructura soporte, y con ella los módulos, se conectarán a tierra con
motivo de reducir el riesgo asociado a la acumulación de cargas estáticas.
De esta forma se consigue limitar la tensión que con respecto a tierra
puedan presentar las masas metálicas, así como propiciar el paso a tierra
de las corrientes de falta o descarga de origen atmosférico. A esta misma
tierra se conectarán también las masas metálicas de la parte de alterna
(fundamentalmente inversores). Por tanto todas las masas de la instalación
tanto de la parte de continua como de la alterna estarán conectadas a una
única tierra, siendo ésta independiente de la del neutro de la empresa
distribuidora de acuerdo con el Reglamento de Baja Tensión. La sección
mínima del cable será de 16 mm2.
Por tanto la configuración eléctrica de la instalación será flotante,
garantizándose la protección frente a contactos indirectos mediante la
utilización de cableado, cajas y conexiones de clase II.
De esta manera, se conectarán las masas metálicas de los módulos
entre si mediante conductor de Cu de puesta a tierra de 16 mm2 de sección
y conectado a la estructura de los módulos.
Se clavará una pica de tierra de Cu de 2,0 m de longitud para cada
grupo de soportes, por tanto para los grupos de 100 kW nominales se
conectarán entre si las 22 estructuras soporte que lo integran y estas a una
pica.
Existirán dos líneas generales de tierra que se unirán en un punto de
puesta a tierra. Las masas metálicas de todos los armarios también se
unirán a la línea general de tierra. Se comprobará la continuidad de todas
las conexiones a tierras antes de la puesta en servicio de la instalación y en
las revisiones periódicas.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
Para proteger la instalación frente a sobretensiones contará con
varistores para protegerla, habrá varistores en la parte de corriente
contínua como en la parte de corriente alterna colocándolos de acuerdo con
las tensiones existentes.
1.7. MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL TRABAJO
- La instalación cumplirá con las especificaciones del Reglamento
Electrotécnico de baja tensión, en particular con las Instrucciones
Técnicas Complementarias (ITC) BT-17, BT-20 y BT-40.
- Las conexiones, cableados, equipos y mecanismos de la instalación
situados en intemperie tendrán un grado de protección mínimo
IP.535 (Norma UNE 20-324).
- Los enchufes y tomas de corriente serán tales que no puedan
producirse confusiones entre los polos positivo y negativo en CC.
- Los equipos electrónicos y aparatos incluidos en la instalación
cumplirán las condiciones de seguridad de la Norma UNE 20-5141
que le sean aplicables.
- Los convertidores CC/CA se instalarán lo más cerca posible de la
generación.
1.8. ELEMENTOS ANTIINTRUSISMO.
Como argumentos de seguridad en la planta pondremos varios sistemas
que trabajan de forma conjunta.
a) Se hará un vallado perimetral de 2 metros de altura y tres alambres de
espino en coronación.
b) Se instalará una barrera de infrarrojos perimetral.
c) Circuito cerrado de TV, con grabación automática de eventos.
d) Encendido automático de luces y funcionamiento de sirena.
e) Comunicación vía telefónica con central de alarma y personal de
servicio.
f) Cableado mediante lazo de los módulos fotovoltaicos.
g) Colocación de protección en los tornillos de fijación de los módulos.
23
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 1. Memoria Descriptiva
24
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
2. MEMORIA DE CÁLCULO
2.1 DEFINICIONES
Instalaciones fotovoltaicas
Aquellas que disponen de módulos fotovoltaicos para la conversión directa
de la radiación solar en energía eléctrica sin ningún paso intermedio.
Instalaciones fotovoltaicas interconectadas
Aquellas que normalmente trabajan en paralelo con la empresa
distribuidora.
Línea y punto de conexión y medida
La línea de conexión es la línea eléctrica mediante la cual se conectan las
instalaciones fotovoltaicas con un punto de red de la empresa distribuidora
o con la acometida del usuario,
denominado punto de conexión y medida.
Interruptor automático de la interconexión
Dispositivo de corte automático sobre el cual actúan las protecciones de
interconexión.
Radiación Solar
Energía procedente del Sol en forma de ondas electromagnéticas.
Irradiancia
Densidad de potencia incidente en una superficie o la energía incidente por
unidad de tiempo y unidad de superficie. Se mide en kW/m2.
Irradiación
Energía incidente en una superficie por unidad de superficie y a lo largo de
un cierto período de tiempo. Se mide en kWh/m2.
Generador fotovoltaico
Asociación en paralelo de ramas fotovoltaicas.
Célula solar o fotovoltaica
Dispositivo que transforma la radiación solar en energía eléctrica.
Módulo o panel fotovoltaico
Conjunto de células solares directamente interconectadas y encapsuladas
entre materiales que las protegen de los efectos de la intemperie.
Rama fotovoltaica (String)
25
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Subconjunto de módulos interconectados en serie o en asociaciones serie-
paralelo, con voltaje igual a la tensión nominal del generador.
Condiciones Estándar de Medida (CEM)
Condiciones de irradiancia y temperatura en la célula solar, utilizadas
universalmente para caracterizar células, módulos y generadores solares y
definidas del modo siguiente:
– Irradiancia solar: 1000 W/m2
– Distribución espectral: AM 1,5 G
– Temperatura de célula: 25 °C
Potencia pico
Potencia máxima del panel fotovoltaico en CEM.
Potencia pico o nominal del generador fotovoltaico
Suma de las potencias máximas de los módulos fotovoltaicos.
Potencia de la instalación fotovoltaica o potencia nominal
Suma de la potencia nominal de los inversores (la especificada por el
fabricante) que intervienen en las tres fases de la instalación en condiciones
nominales de funcionamiento.
TONC
Temperatura de operación nominal de la célula, definida como la
temperatura que alcanzan las células solares cuando se somete al módulo a
una irradiancia de 800 W/m2 con distribución espectral AM 1,5 G, la
temperatura ambiente es de 20 °C y la velocidad del viento, de 1 m/s.
2.2 DATOS DE PARTIDA
Ubicación Geográfica: Termino municipal de Utrera, provincia de
Sevilla.
Superficie disponible: La parcela de la que disponemos tiene unas 4
hectáreas, pero está destinada en su mayoría al cultivo del olivo. Sólo
disponemos de una parte de la parcela para nuestra instalación que, según
queda reflejado en el plano, es una zona rectangular de unos 20x200
metros.
26
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Potencia a instalar: La máxima que podamos obtener con la superficie
disponible.
2.3 DISTRIBUCIÓN DEL HUERTO SOLAR
La distribución de la instalación se realiza teniendo en cuenta los
siguientes aspectos:
La potencia nominal de cada instalación no debe superar los 100
kW. Esto responde a un aspecto fundamentalmente económico en lo que se
refiere a la rentabilidad del huerto solar. El Real Decreto 436/2004 de 12 de
Marzo dice textualmente en su artículo 33:
Tarifas, primas e incentivos para instalaciones de la categoría b), grupo b.1:
energía solar.
1. Instalaciones de energía solar fotovoltaica del
subgrupo b.1.1 de no más de 100 kW de potencia
instalada:
Tarifa: 575 por ciento durante los primeros 25 años
desde su puesta en marcha y 460 por ciento a partir
de entonces.
2. Resto de instalaciones de energía fotovoltaica del
subgrupo b.1.1:
Tarifa: 300 por ciento durante los primeros 25 años
desde su puesta en marcha y 240 por ciento a partir
de entonces.
Este porcentaje al que se refiere el Real Decreto es el porcentaje a
aplicar sobre la tarifa eléctrica media o de referencia de cada año definida
en el artículo 2 del Real Decreto 1432/2002. Si en 2007 tenemos un precio
de referencia del kWh eléctrico de 7.7644 c€, esto quiere decir que el kWh
de energía eléctrica producida en una instalación de menos de 100 kW de
potencia nominal sería de:
7.7644 x 5.75 = 44.6453 c€
27
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Por contra para una instalación de más de 100 kW el precio de venta sería
de:
7.7644 x 3 = 23.2932 c€
Razón más que suficiente para declinarnos a subdividir el huerto solar en
instalaciones de no más de 100 kW.
A mayor tensión menores perdidas. Mientras mayor sea la potencia
nominal del inversor, mayor tensión del generador solar permite. Esto se
traduce en que el número de módulos fotovoltaicos que se conecten en
serie puede ser mayor y por lo tanto la tensión nominal de nuestra
instalación sea mayor. Esta configuración con un inversor de gran potencia
que recoja la potencia se denomina de “inversor central”.
Existe otra configuración por la que no se ha optado en este caso, la cual
tiene sus ventajas e inconvenientes. Es la de instalar los denominados
“inversores string”. Estos son inversores que se ubican al final de cada
cadena de módulos fotovoltaicos que se conectan en serie, y tienen una
potencia de hasta 10 kW. Poseen la ventaja de que al agrupar menos
módulos en un mismo inversor, éste puede sacar mejor rendimiento de
cada uno, pues el sistema de “seguimiento del punto de máxima potencia”
funciona mejor mientras más parecido sean los módulos (los cuales suelen
tener una tolerancia del 3% en sus parámetros) y mientras más parecidas
sean las condiciones de radiación a las que están sometidos. Lo que es
decir, que al tener menor número de módulos es más fácil que sean más
parecidos y que sus condiciones de irradiancia se asemejen más.
Otra ventaja de los inversores string es que una avería en uno de ellos
no hace de que se dejen producir 100 kW, sino 10 kW tan sólo, aunque al
tener mayor número de inversores mayor es la probabilidad de que alguno
se averíe.
El problema es que diez inversores string de 10 kW son más caros que
un inversor central de 100 kW, si bien es verdad que los inversores string
están preparados para el exterior, por lo que nos ahorraríamos la caseta
donde se ubicarían los inversores centrales.
28
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Minimizar distancias para ahorrar en cableado. El inversor debe ir
situado lo más próximo posible a los captadores solares, y estos deben
concentrarse en el menor espacio posible. Hay que tener en cuenta que las
filas de captadores deben respetar una distancia mínima entre ellas para
evitar sombras.
2.4 ESTUDIO ELÉCTRICO FOTOVOLTAICO
Según lo expuesto se plantea hacer una instalación de una potencia
nominal total de 300 kW, dividido en tres instalaciones de 100 kW.
El inversor a usar será el SolarMax 100C y los módulos fotovoltaicos
serán de la marca y modelo Suntechnics STM-180 (los datos técnicos se
especifican en el anexo correspondiente). La estructura a utilizar será la
Solar Giant que puede ubicar hasta 28 captadores de este tipo.
Tendremos que decidir:
a) Cuántos módulos conectar en serie por string
b) Cuántos ramales conectar en paralelo
a) CUÁNTOS MÓDULOS CONECTAR EN SERIE POR STRING
Para saber el número óptimo de módulos a conectar en serie tendremos
que saber cual es el rango de tensiones en el que nuestro inversor trabaja
sacando el máximo partido del generador fotovoltaico. Es lo que se conoce
como “rango de tensiones de máxima potencia”.
Cada módulo fotovoltaico tiene una curva característica I-V, como la
que se detalla en la figura.
El eje de abcisas es la tensión y el de ordenadas la intensidad. Los
valores señalados son:
- Imp: intensidad de máxima potencia.
29
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
- Icc: intensidad de cortocircuito.
- Vmp: tensión de máxima potencia.
- Vca: tensión a circuito abierto.
Curva I-V característica de un módulo fotovoltaico
Esta gráfica se corresponde a unas condiciones de Irradiancia y
temperatura de panel dadas, la curva gruesa a trazos es la que nos da la
intensidad del módulo en función de la tensión a la que éste se encuentra y
la curva delgada continua es la potencia que se genera para cada par
tensión-intensidad.
Tenemos un punto donde se maximiza la potencia, siendo este el punto
que el inversor busca obtener en cada momento, regulando la tensión a la
que funciona nuestro sistema.
La curva, aunque semejante en forma, será diferente según las
condiciones de irradiancia y temperatura de panel que tengamos en cada
momento, y es por eso que el inversor tiene definido un rango de tensiones
en el cual es capaz de localizar el punto de máxima potencia.
30
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Los pasos a seguir para realizar un buen acople entre el inversor y los
módulos son los siguientes:
1. Analizar la variación de los parámetros característicos del módulo
según la irradiancia y la temperatura.
2. Estimar los días más extremos del año en irradiancia y temperatura
para así calcular la tensión de máxima potencia mínima y máxima del
captador a lo largo del año.
3. Según la tensión mínima y máxima calculada, ver cual es el número de
módulos que podemos conectar en serie sin salirnos del rango de tensión en
el cual el inversor es capaz de localizar el punto de máxima potencia.
4. Comprobar que no se supera la máxima tensión de funcionamiento
admitida por el inversor.
La tensión de máxima potencia (Vmp) varía linealmente con la
temperatura del módulo, disminuyendo a medida que aumenta la
temperatura según un coeficiente que viene dado por el fabricante. Para el
STM-180 tenemos:
ΔVmp/ΔT = 0,096 V/ºC
La Vmp de referencia que nos da el fabricante es la que se corresponde
a las condiciones estándar de medida, siendo:
Vmp (25ºC,1000 W/m2) = 23,7 V
La fórmula que nos da la Vmp en función de la temperatura del módulo:
Vmp (T) = Vmp (25ºC,1000 W/m2) + ΔVmp/ΔT x (25-T)
Sustituyendo los valores de nuestro captador:
Vmp (T) = 23,7 + 0,096 x (25-T)
31
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Necesitamos saber cual es la temperatura máxima y mínima del panel el
día más frío y el día más caluros del año.
Para Sevilla consideraremos:
- Día más caluroso: Tamb = 45 ºC , I = 1000 W/m2
- Día más frío: Tamb = 0 ºC, I = 100 W/m2
La fórmula que nos da la temperatura del panel en función de la
temperatura ambiente y la irradiancia es:
ITONCTambT ⋅−
+=800
20
Si nuestro captador tiene un TONC = 47,5ºC; para los días considerados
tendremos:
Tmax = T (45ºC,1000 W/m2) = 45 + [(47,5-20)/800]x1000 = 79,38 ºC
Tmin = T (0ºC,100 W/m2) = 0 + [(47,5-20)/800]x100 = 3,44 ºC
Y por lo tanto la Vmp mínima y máxima será:
Vmp,min = Vmp (Tmax) = 23,7 + 0,096 x (25 - 79,38) = 18,48 V
Vmp,max = Vmp (Tmin) = 23,7 + 0,096 x (25 – 3,44) = 25,77 V
El rango de tensiones de seguimiento del punto de máxima potencia de
nuestro inversor es de 430 a 800 V, y teniendo en cuenta que al ir
conectando paneles en serie estamos sumando la tensión total que tenemos
a la salida, deberán de cumplirse las condiciones siguientes:
Nps x Vmp,min > 430 V Nps > 430/18,48 Nps > 24
Nps x Vmp,max < 800 V Nps < 800/25,77 Nps < 31
Estas inecuaciones nos dicen que si conectamos entre 24 y 31 paneles
en serie, nos aseguramos de que todos los días del año nuestra tensión de
salida del generador fotovoltaico estará comprendido entre 430 y 800 V,
32
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
esto es, el rango de tensión en el cual el inversor hace el seguimiento del
punto de máxima potencia.
En principio el número óptimo de módulos a interconectar en serie sería
31, pues al tener mayor tensión tenemos menores perdidas. Pero
finalmente nos decidimos por hacer una conexión en serie de 28 módulos
por string, ya que la estructura que disponemos puede albergar hasta 28
módulos, obteniéndose por tanto un string por cada estructura. Esto
simplifica considerablemente el cableado de nuestro huerto solar al tener
una mayor homogeneidad en la distribución de la instalación.
Finalmente tendríamos que comprobar que no se sobrepasan los valores
límites de tensión en intensidad soportados por nuestro inversor.
El Solarmax 100C soporta una tensión máxima a circuito abierto de 900
V y una intensidad máxima de 225 A a la entrada, es decir, en la parte de
corriente continua.
La tensión a circuito abierto de nuestro panel (la máxima que puede
alcanzar) en las condiciones estándar de medida es Vca = 30,0 V.
Por tanto, la tensión máxima a circuito abierto de nuestra instalación
valdrá:
Nps x Vca = 28 x 30 = 840 V
Puesto que:
840 V < 900 V
Se verifica que no sobrepasaremos la tensión máxima soportada por
nuestro inversor.
33
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
b) CUÁNTOS RAMALES CONECTAR EN PARALELO
Se trata de ver que potencia pico total del generador fotovoltaico
conectamos a nuestro inversor.
Si bien el número máximo de ramales que se conectan en paralelo vendrá
dado por la intensidad máxima que soporta nuestro inversor, el elegir la
potencia pico a instalar es una decisión algo más subjetiva, pues la
radiación, y por tanto, la producción de nuestro generador fotovoltaico será
variable.
Es claro que a mayor número de módulos más energía produciríamos, el
problema es que no aprovecharíamos todo el potencial de los módulos y del
inversor, y podríamos caer en un sobredimensionamiento de la instalación
costoso e innecesario.
Por ejemplo, si instaláramos un número de módulos que nos diera una
potencia pico de 130 kW estos nos darían una buena producción en invierno
(si consideramos que en esta época del año las condiciones desfavorables
harían que la potencia generada fuera inferior a 100 kW), pero en verano
estaríamos produciendo por encima de 100 kW, valor máximo de potencia
que es capaz de generar nuestro inversor. En este caso, se desaprovecharía
parte de la energía producida.
En muchas ocasiones el fabricante del inversor da un rango de potencia
pico que debiera tener el generador fotovoltaico y aconseja un valor óptimo
concreto. En cualquier caso el dimensionado se hace teniendo en cuenta
una relación considerada óptima entre la potencia pico del generador
fotovoltaico y la nominal del inversor.
95,085,0)(_
)(_≈=
generadorpicoPotinversornomPot
En nuestro caso tenemos que por cada ramal hay 28 módulos de 180 Wp
cada uno, por tanto:
34
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Pot_pico_ramal = 28 x 180 = 5040 Wp
Si conectamos en paralelo 22 string tendríamos:
Pot_pico_total = 5040 Wp x 22 = 110,88 Kwp
Obteniéndose una relación:
90,088,110
100)(_
)(_==
generadorpicoPotinversornomPot
Consideramos está relación como buena a falta de comprobar que la
intensidad máxima de cortocircuito de nuestra instalación no supera el valor
límite soportado por el inversor.
Intensidad_máxima_inversor = 225 A
Icc_generador_fv = Icc_módulo x Nº_ramales = 8,37 x 22 = 184,14 A
184,14 A < 225 A No se supera la intensidad máxima del inversor.
Es interesante también hacer referencia al rendimiento del inversor en
función de la potencia. Se obtiene un rendimiento mejor mientras más nos
acerquemos a la potencia nominal de funcionamiento, sin embargo para
este tipo de usos fotovoltaicos donde no se trabaja siempre a altas
potencias, es muy importante que los inversores presenten unas altas
prestaciones incluso a carga parcial.
Por este motivo se definió el rendimiento europeo, que toma como
valor de referencia del rendimiento del inversor el que se obtiene de una
media ponderada para varios niveles de carga, tal como puede observarse
en la figura adjunta.
35
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Rendimiento del inversor Solarmax 100C
36
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Finalmente como resumen de lo calculado mostramos un cuadro que
puede realizarse con una sencilla hoja Excel. Éste nos da todos los
resultados que han sido detallados con anterioridad con tan solo introducir
los parámetros característicos del inversor y del módulo fotovoltaico, así
como los datos climáticos.
STM 180F SOLARMAX 100C Imp (A) 7,6 Potencia (kW) 100 Icc (A) 8,37 Vmp min (V) 430 Vmp (V) 23,7 Vmp max (V) 800 Vca (V) 30 I max (A) 225 Pmax (Wp) 180 Vca max (V) 900 TONC (ºC) 47,5 dV/dT (ºC/V) 0,096 Tmax panel (ºC) 79,38 Tamb max (ºC) 45 Vmp min (V) 18,48 Imax (W/m2) 1000 Tmin panel (ºC) 3,44 Tamb min (ºC) 0 Vmp máx (V) 25,77 Imin (W/m2) 100 Nmod serie min 24 Nmod serie max 31 CAMPO SOLAR N mod serie 28 N ramales 22 N mod total 616 Imp ramal 7,6 Imp total 167,2 Vmp total 663,6 Vca total 840 Icc total 184,14 debe ser menor que la Vca max del inversorPmax total (kWp) 110,88 debe ser menor que la Icc máx del inversor
37
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
2.5 CÁLCULOS EN BAJA TENSIÓN
Sección del cableado de cc entre módulos e inversor
Caída de tensión corriente continua. En esta parte de la instalación este
será el criterio más restrictivo para el dimensionamiento de los conductores
desde los propios módulos hasta la caja de conexión previa al inversor,
pues tenemos que salvar grandes distancias.
De esta última caja (donde se suman todos los ramales) hasta el
inversor tendremos unos 2 metros, sin embargo la intensidad será igual a
184.14 A, por lo que el criterio más restrictivo en este tramo será el
térmico. Según la ITC-BT 19 para cables aislados en tubos sobre pared,
aislamiento XLPE, comprobamos que necesitamos una sección mínima de
70 mm2.
Para el cálculo de la caída de tensión utilizaremos la siguiente fórmula:
sUmpIccL⋅⋅
⋅⋅=
σε 2
Donde:
ε Caída de tensión [%]
L Longitud del tramo en [m]
Icc Intensidad de cortocircuito del string [A]
Ump Tensión de máxima potencia del generador FV [V]
σ Conductividad [48 m/Ω·mm2 a 70ºC para el cobre]
s Sección del conductor [mm2]
El diseño del generador fotovoltaico está previsto de modo que por cada
ramal no pueda circular corriente procedente de otros ramales. Por éste
motivo se colocan fusibles de seguridad ajustados a un valor 1,3 veces la
corriente máxima que puede circular por el ramal. En el cálculo de secciones
hemos tenido en cuenta que la máxima caída de tensión que exista entre el
generador fotovoltaico y la entrada al inversor no sea superior al 1%.
38
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
INSTALACIÓN A
RAMAL más
desfavorable Ump (V) Icc (A)
Potenciapico (Wp)
Longitud(m)
Secciónadoptada
(mm2)
Caída tensión
(V)
Caída tensión relativa
(%)
Potenciaperdida
(W)
A4-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 30 16 2,62 0,39% 79,46 C.Con-INV_A 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 4,19 0,66% 128,01
A8-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 19 16 1,66 0,25% 50,33 C.Con-INV_A 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 3,23 0,52% 98,87 A12-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 12 16 1,05 0,16% 31,78 C.Con-INV_A 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 2,62 0,43% 80,33 A16-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 23 16 2,01 0,30% 60,92 C.Con-INV_A 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 3,57 0,57% 109,47 A20-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 36 16 3,14 0,47% 95,35 C.Con-INV_A 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 4,71 0,74% 143,90 A22-C.Campo 663,6 8,37 5040 15 10 0,52 0,08% 3,97 C.Campo-C.Con 663,6 16,74 10080 67 16 2,92 0,44% 44,37 C.Con-INV_A 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 16,74 10080 3,66 0,55% 84,97
39
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
INSTALACIÓN B
RAMAL más
desfavorable Ump (V) Icc (A)
Potenciapico (Wp)
Longitud(m)
Secciónadoptada
(mm2)
Caída tensión
(V)
Caída tensión relativa
(%)
Potenciaperdida
(W)
B2-C.Campo 663,6 8,37 5040 15 10 0,52 0,08% 3,97 C.Campo-C.Con 663,6 16,74 10080 29 16 1,26 0,19% 19,20 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 16,74 10080 2,01 0,30% 59,80
B6-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 19 16 1,66 0,25% 50,33 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 33,48 110880 3,45 0,52% 98,87 B6-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 13 16 1,13 0,17% 34,43 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 33,48 110880 2,92 0,44% 82,98 B14-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 24 16 2,09 0,32% 63,57 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 33,48 110880 3,88 0,58% 112,12 B18-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 35 16 3,05 0,46% 92,71 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 33,48 110880 4,84 0,73% 141,25 B22-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 46 16 4,01 0,60% 121,84 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 33,48 110880 5,80 0,87% 170,39
40
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
INSTALACIÓN C
RAMAL más
desfavorable Ump (V) Icc (A)
Potenciapico (Wp)
Longitud(m)
Secciónadoptada
(mm2)
Caída tensión
(V)
Caída tensión relativa
(%)
Potenciaperdida
(W)
C4-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 30 16 2,62 0,39% 79,46 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 4,40 0,66% 128,01
C8-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 20 16 1,74 0,26% 52,97 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 3,53 0,53% 101,52 C8-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 14 16 1,22 0,18% 37,08 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 3,01 0,45% 85,63 C8-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 24 16 2,09 0,32% 63,57 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 3,88 0,58% 112,12 C8-C.Campo 663,6 8,37 5040 45 10 1,57 0,24% 11,92 C.Campo-C.Con 663,6 33,48 20160 28 16 2,44 0,37% 74,16 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 4,23 0,64% 122,71 C22-C21 663,6 8,37 5040 15 10 0,52 0,08% 3,97 C21-INV_C 663,6 16,74 10080 42 16 1,83 0,28% 27,81 C.Con-INV_B 663,6 184,14 110880 2 70 0,22 0,03% 36,63 TOTAL 663,6 184,14 110880 2,35 0,35% 31,78
41
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Sección del cableado de ca de los inversores al CT
La determinación reglamentaria de la sección de un cable consiste en
calcular la sección mínima normalizada que satisface simultáneamente las
dos condiciones siguientes:
- Criterio de la intensidad máxima admisible o de calentamiento.
La temperatura del conductor del cable, trabajando a plena carga y en
régimen permanente, no deberá superar en ningún momento la
temperatura máxima admisible asignada de los materiales que se utilizan
para el aislamiento del cable. Esta temperatura se especifica en las normas
particulares de los conductores y suele ser de 70ºC para cables con
aislamiento termoplásticos y de 90ºC para cables con aislamientos
termoestables.
ϕcos3 ⋅⋅=
UPI
Donde:
I Intensidad [A]
P Potencia [W]
U Tensión [V]
cosφ Factor de potencia
Según esta fórmula, la intensidad nominal que circulará por el conductor
en régimen permanente es de 144,34 A.
Según la ITC-BT-07, para una terna de cables unipolares con aislamiento
XLPE enterrados bajo tubo se necesita una sección mínima de 50mm2.
- Criterio de la caída de tensión.
La expresión que se utiliza para el cálculo de la caída de tensión que se
produce en una línea se obtiene considerando el circuito equivalente de una
línea corta (inferior a unos 50 km) es la siguiente:
42
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Circuito equivalente de una línea corta
Diagrama vectorial
Debido al pequeño valor del ángulo θ, entre las tensiones en el origen y
el extremo de la línea, se puede asumir sin cometer prácticamente ningún
error, que el vector U1, es igual a su proyección horizontal, siendo por tanto
el valor de la caída de tensión.
ΔU = U1 – U2 ≈ AB + BC = R I cos φ + X I sen φ
Como la potencia transportada por la línea es:
ϕcos3 ⋅⋅⋅= UnInPn
Donde:
Pn Potencia nominal [W]
Un Tensión nominal [V]
In Intensidad nominal [A]
cos φ Factor de potencia
43
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Basta con sustituir la intensidad calculada en función de la potencia en la
fórmula anterior, y obtenemos:
ΔUIII (V) = ( R + X tan φ )·( P/ U)
Donde:
ΔUIII Caída de tensión de línea en trifásico [V]
R Resistencia de la línea [O]
X Reactancia de la línea [O]
P Potencia transportada por la línea [W]
U Tensión de línea [V]
tan φ Tangente del ángulo del factor de potencia de la carga.
La reactancia X, de los conductores varía con el diámetro y la separación
entre conductores. En redes de distribución subterráneas, para conocer el
valor de la reactancia de la línea se puede estimar el valor de la reactancia
inductiva como 0,1 Ω/km, o bien como un incremento adicional de la
resistencia. De tal forma, podemos suponer que para un conductor cuya
sección sea:
Aproximación del valor de la Reactancia de la línea de BT (Guía Técnica de Aplicación del REBT)
Aplicando lo expuesto para una sección de 150 mm2 se obtienen los
resultados resumidos en la siguiente tabla, donde se verifica que la caída de
tensión en el tramo considerado no es superior al 1,5% en ninguno de los
casos.
INSTALACIÓN POTENCIA (kW) Un (V) Φ L (m) S (mm2) X (Ω/km) ΔUIII(V) ΔUIII(%) A 100 400 0 50 150 0,0027 1,49 0,37% B 100 400 0 103 150 0,0027 3,07 0,77% C 100 400 0 167 150 0,0027 4,97 1,24%
44
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
2.6 PUNTO DE CONEXIÓN
Selección del Transformador
La potencia aparente generada por la instalación, viene dada por la
expresión:
Sn = P / cos φ
Donde:
Sn Potencia aparente de la instalación [kVA]
P Potencia activa de la instalación [kW]
cos φ Factor de potencia
Según la empresa suministradora, para conectar una instalación de
generación a la red de distribución se debe cumplir que la potencia
generada sea inferior o igual al 50% de la potencia del transformador.
Potencia aparente de la instalación = 300 kVA
Potencia aparente del transformador = 600 kVA
Por lo que dentro de la gama de trafos del mercado seleccionamos uno
de 630 kVA. Es un transformador en baño de aceite mineral gama integral
serie 36 kV de la marca ORMAZABAL, cuyas características eléctricas
cumplen la normativa UNE-21428, EN-60076 e IEC-76.
Intensidad lado de A.T.
La intensidad secundaria en un transformador trifásico viene dada por la
expresión:
UpSIp⋅
=3
45
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Donde:
S Potencia del transformador [kVA]
Up Tensión del primario [kV]
Is Intensidad del primario [A]
Sustituyendo:
AIp 55,14253
630=
⋅=
Intensidad lado de B.T.
La intensidad secundaria en un transformador trifásico viene dada por la
expresión:
UsSIs⋅
=3
Donde:
S Potencia del transformador [kVA]
Us Tensión del secundario [V]
Is Intensidad del secundario [A]
Sustituyendo:
AIs 32,909400310630 3
=⋅⋅
=
Cortocircuitos
Para el cálculo de la intensidad primaria de cortocircuito se tendrá en
cuenta una potencia de cortocircuito de 500 MVA en la red de distribución,
dato proporcionado por la Compañía suministradora.
46
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
A la hora de calcular la corriente de cortocircuito en la instalación,
utilizaremos la expresión:
UpSccIccp⋅
=3
Donde:
Scc potencia de cortocircuito de la red [MVA]
Up tensión de servicio [kV]
Iccp corriente de cortocircuito [kA]
Sustituyendo:
kAIccp 55,11253
500=
⋅=
Para los cortocircuitos secundarios, se considera que la potencia de
cortocircuito disponible es la teórica de los transformadores de MT-BT,
siendo por esto más conservadores que en las consideraciones reales.
La corriente de cortocircuito del secundario de un transformador
trifásico, viene dada por la expresión:
UsEccSIccs⋅⋅
⋅=
3100
Donde:
S Potencia de transformador [kVA]
Ecc Tensión de cortocircuito del transformador [%]
Us Tensión en el secundario [V]
Iccs Corriente de cortocircuito [kA]
Sustituyendo:
47
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
kAIccs 24,194205,43
630100=
⋅⋅⋅
=
Dimensionado del embarrado
Las celdas fabricadas por ORMAZABAL han sido sometidas a ensayos
para certificar los valores indicados en las placas de características, por lo
que no es necesario realizar cálculos teóricos ni hipótesis de
comportamiento de las celdas.
Las características del embarrado son:
- Intensidad asignada: 400 A.
- Límite térmico, 1 s.: 16 kA eficaces.
- Límite electrodinámico: 40 kA cresta.
Comprobación por densidad de corriente
La comprobación por densidad de corriente tiene por objeto verificar que
el conductor indicado es capaz de conducir la corriente nominal máxima sin
superar la densidad máxima posible para el material conductor. Esto,
además de mediante cálculos teóricos, puede comprobarse realizando un
ensayo de intensidad nominal, que con objeto de disponer de suficiente
margen de seguridad, se considerará que es la intensidad del bucle, que en
este caso es de 400 A. Para las celdas del sistema CGC la certificación
correspondiente que cubre el valor necesitado se ha obtenido con el
protocolo 9901B026-AKLE-02 realizado por los laboratorios LABEIN en
Vizcaya (España).
Comprobación por solicitación electrodinámica
La intensidad dinámica de cortocircuito se valora en aproximadamente
2,5 veces la intensidad eficaz de cortocircuito calculada en el apartado
correspondiente en este capítulo, por lo que:
Icc_din = 11,55 x 2,5 = 28,875 kA
Dado que se utilizan celdas bajo envolvente metálica fabricadas por
Orma-SF6 conforme a la normativa vigente se garantiza su cumplimiento.
48
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Comprobación por solicitación térmica
La comprobación térmica tiene por objeto comprobar que no se
producirá un calentamiento excesivo de la aparamenta por defecto de un
cortocircuito. Esta comprobación se puede realizar mediante cálculos
teóricos, pero preferentemente se debe realizar un ensayo según la
normativa en vigor. En este caso, la intensidad considerada es la eficaz de
cortocircuito, el valor del cual es:
Icc_ter = 11,55 kA.
Para las celdas del sistema CGC la certificación correspondiente que
cubre el valor necesitado se ha obtenido con el protocolo GPS-98/01432 en
el laboratorio de CESIO en Italia.
Protección contra sobrecargas y cortocircuitos
Los transformadores están protegidos tanto en MT como en BT. En MT la
protección la efectúan las celdas asociadas a estos transformadores,
mientras que en BT la protección se incorpora en los cuadros de las líneas
de salida.
- Transformador. La protección en MT de este transformador se realiza
utilizando una celda de interruptor con fusibles, siento estos los que
efectúan la protección ante eventuales cortocircuitos.
Estos fusibles realizan su función de protección de forma ultrarrápida (de
tiempos inferiores a los de los interruptores automáticos), puesto que su
fusión evita incluso el paso del máximo de las corrientes de cortocircuitos
por toda la instalación.
49
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Los fusibles se seleccionan para:
- Permitir el funcionamiento continuado a la intensidad nominal
requerida para esta instalación.
- No producir disparos durante el arranque en vacío de los
transformadores, tiempo en el cual la intensidad es muy superior a la
nominal y de una duración intermedia.
- No producir disparos cuando se producen corrientes de entre 10 y 20
veces la nominal, siempre que su duración sea inferior a 0,1 s, evitando que
los fenómenos transitorios provoquen interrupciones del suministro.
Sin embargo, los fusibles no constituyen una protección suficiente contra
las sobrecargas, que deberán ser evitadas incluyendo un relé de protección
de transformador, o si no es posible, una protección térmica del
transformador. La intensidad nominal de estos fusibles es de 63 A para las
estaciones transformadoras 1x630 kVA. La celda de protección de este
transformador no incorpora relé, al considerarse suficiente la ocupación de
las otras protecciones.
- Termómetro. El termómetro verifica que la temperatura del dieléctrico
del transformador no supera los valores máximos admisibles.
- Protecciones en BT. Todas las salidas de BT cuentan con fusibles, con
una intensidad nominal igual al valor de la intensidad nominal exigida a esta
salida y un poder de corte como mínimo igual al de cortocircuito
correspondiente.
Dimensionamiento de los puentes de MT
Los cables que se utilizan en esta instalación, descritos en la memoria,
deberán ser capaces de soportar tanto la intensidad nominal como la de
cortocircuito.
Comprobación de la intensidad nominal. La intensidad nominal
demandada por este transformador es igual a:
50
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
In= 14,55 A
Un cable de sección de 150 mm2 de Aluminio es capaz de soportar una
corriente máxima de 305 A, según el fabricante.
Comprobación de la intensidad de cortocircuito. El cálculo de la sección
del cable que permite el paso de una corriente de cortocircuito, viene dada
por la siguiente expresión:
Icc2 · t = C · S2 · ΔT
Donde:
Icc Intensidad de cortocircuito eficaz [A]
t Tiempo máximo de desconexión del elemento de protección [s]
(0,3 s para los fusibles y 0,65 s para el interruptor automático)
C Constante del material del aislamiento que para el caso del cable
descrito en Al tiene un valor de 57 y para el Cu de 135
ΔT Incremento de temperatura admisible para el paso de la intensidad
de cortocircuito (160º C para este material de aislamiento) [ºC]
La corriente de cortocircuito en esta instalación tiene un valor eficaz de
11,55 kA.
Para este transformador, protegido con fusibles, el puente de cables de
MT debe tener una sección mínima de:
S=66,17 mm2
Valor menor que la sección del puente de MT utilizado en este caso.
Dimensionamiento de la ventilación del CT
Para calcular la superficie de la reja de entrada de aire en el edificio se
utiliza la siguiente expresión:
51
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
324,0 THKWfeWcuSr
Δ⋅⋅⋅
+=
Donde:
Wcu Pérdidas en el cobre del transformador [W]
Wfe Pérdidas en el hierro del transformador [W]
K Coeficiente en función de la forma de las rejas de entrada
[aproximadamente entre 0,35 y 0,40]
h Distancia vertical entre las rejas de entrada y salida [m]
ΔT Aumento de temperatura del aire [ºC]
Sr Superficie mínima de las rejas de entrada [mm2]
No obstante, y aunque es aplicable esta expresión a todos los Edificio
Prefabricados de ORMAZABAL, se considera de mayor interés la realización
de ensayos de homologación de los Centros de Transformación hasta las
potencias indicadas, dejando la expresión para valores superiores a los
homologados.
El edificio empleado en esta aplicación ha sido homologado según los
protocolos obtenidos en laboratorio Labein (Vizcaya - España):
- 97624-1-Y, para ventilación de transformador de potencia hasta
1000 kVA.
- 960124-CJ-EB-01, para ventilación de transformador de potencia
hasta 1600 kVA.
Dimensionamiento del pozo apagafuegos
Se dispone de un foso de recogida de aceite de 600 l de capacidad
cubierto de grava para la absorción del fluido y para prevenir el vertido del
mismo hacia el exterior y minimizar el mal en caso de fuego.
52
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
2.7 CÁLCULO DE LAS INSTALACIONES DE PUESTA A TIERRA
Investigación de las características del suelo
El Reglamento de Alta Tensión indica que para instalaciones de tercera
categoría, y de intensidad de cortocircuito a tierra inferior o igual a 16 kA no
será imprescindible realizar la citada investigación previa de la resistividad
del suelo, bastando el examen visual del terreno y pudiéndose estimar su
resistividad, siendo necesario medirla para corrientes superiores.
Según la investigación previa del terreno dónde se instalará este Centro
de Transformación, se determina la resistividad media en 150 Ω·m.
Determinación de las corrientes máximas de puesta a tierra y del
tiempo máximo correspondiente a la eliminación del defecto.
En las instalaciones de MT de tercera categoría, los parámetros que
determinan los cálculos de faltas a tierra son las siguientes:
- De la red:
a) Tipo de neutro.
El neutro de la red puede estar aislado, rígidamente unido a tierra,
unido a ésta mediante resistencias o impedancias. Esto producirá
una limitación de la corriente de la falta, en función de las
longitudes de líneas o de los valores de impedancias en cada caso.
b) Tipo de protecciones. Cuando se produce un defecto, este se
eliminará mediante la apertura de un elemento de corte que actúa
por indicación de un dispositivo relé de intensidad, que puede
actuar en un tiempo fijo (tiempo fijo), o según una curva de tipo
inverso (tiempo dependiente). Adicionalmente, pueden existir
reenganches posteriores al primer tiro, que sólo influirán en los
cálculos si se producen en un tiempo inferior a los 0,5 segundos.
53
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
No obstante, y dada la casuística existente dentro de las redes de cada
compañía suministradora, en ocasiones se debe resolver este cálculo
considerando la intensidad máxima empírica y un tiempo máximo de
ruptura, valores que deben ser indicados por la compañía eléctrica.
Los datos obtenidos de la compañía suministradora son:
- Intensidad máxima de defecto a tierra, Idmáx [A]= 300
- Tiempo máximo de eliminación del defecto [s] = 0.7
Cálculo de la resistencia del sistema de tierra
- Características de la red de alimentación.
Tensión de servicio: Un = 25 kV
- Puesta a tierra del neutro.
Resistencia del neutro Rn = 0 Ω
Reactancia del neutro Xn = 25 Ω
Limitación de la intensidad a tierra Idmáx = 300 A
- Nivel de aislamiento de las instalaciones de BT.
Vbt = 10000 V
- Características del terreno:
Resistencia de tierra Ro = 150 Ω·m
Resistencia del hormigón RH = 3000 Ω·m
La resistencia máxima de la puesta a tierra de protección del edificio, y
la intensidad del defecto salen de:
VbtRtId ≤⋅
Donde:
Id Intensidad de falta a tierra [A]
Rt Resistencia total de puesta a tierra [Ω]
Vbt Tensión de aislamiento en baja tensión [V]
54
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
El valor máximo de Rt será por tanto:
Ω==≤ 33,33300
10000Id
VbtRt
La intensidad del defecto se calcula de la siguiente forma:
( ) 223 nXRtRn
UnId++⋅
=
Donde:
Un Tensión de servicio [V]
Rn Resistencia de puesta a tierra del neutro [Ω]
Rt Resistencia total de puesta a tierra [Ω]
Xn Reactancia de puesta a tierra del neutro [Ω]
Id Intensidad de falta a tierra [A]
Operando en este caso, el resultado preliminar obtenido es:
( )AId 43,346
2533,3303
2500022=
++⋅=
Como la empresa suministradora define que la intensidad máxima de
defecto a tierra sea 300 A, fijamos como Id = 300 A
La resistencia total de puesta a tierra:
Rt = Kr · Ro
Valor unitario de resistencia de puesta a tierra del electrodo:
22,0150
33,33==≤
RoRtKr Ω / Ω ·m
55
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Donde:
Rt Resistencia total de puesta a tierra [Ω]
Ro Resistividad del terreno [Ω m]
Kr Coeficiente del electrodo [Ω / Ω ·m]
Se selecciona el electrodo tipo (de entre los incluidos en las mesas, y de
aplicación en este caso concreto, según las condiciones del sistema de
tierra) que cumple el requisito de tener una Kr más próxima (inferior o
igual) a la calculada para este caso y para este centro.
La configuración adecuada para este caso tiene las siguientes
propiedades:
Geometría del sistema: Anillo Rectangular
Número de picas = 4
Longitud de las picas = 2 m
Separación entre picas = 2,5 x 7 m
Parámetros característicos de la configuración de electrodos
seleccionado:
Resistencia Kr = 0.085 Ω / Ω ·m
Tensión de paso Kp = 0.0191 V/(Ω ·m)A
Tensión de contacto exterior Kc = 0.0386 V/(Ω ·m)A
Valor final de la resistencia total de puesta a tierra:
Rt = Kr · Ro = 0,085 · 150 = 12,75 Ω
Medidas de seguridad adicionales para evitar tensiones de contacto.
Para que no aparezcan tensiones de contacto exteriores ni interiores, se
adaptan las siguientes medidas de seguridad:
- Las puertas y rejillas metálicas que dan al exterior del Edificio/s no
tendrán contacto eléctrico con masas conductoras susceptibles de
quedar a tensión debido a defectos o averías.
56
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
- En el piso del Centro de Transformación se instalara un mallazo
cubierto por una capa de hormigón de 10 cm, conectado a la puesta
a tierra del mismo. En el caso de instalar las picas en hilera, se
dispondrán alineadas con el frente del edificio.
Cálculo de las tensiones de paso al interior de la instalación
Adoptando las medidas de seguridad adicionales, no hace falta calcular
las tensiones de paso y contacto en el interior en los edificios de maniobra
interior, puesto que estas son prácticamente nulas.
La tensión de defecto vendrá dada por:
Ud = Rt · Id
Donde:
Rt Resistencia total de puesta a tierra [Ω]
Id Intensidad de defecto [A]
Ud Tensión de defecto [V]
Sustituyendo:
Ud = 12,75 x 300 = 3825 V
Cálculo de las tensiones de paso al acceso a la instalación
En el piso del Centro de Transformación se instalará un mallazo
electrosoldado, con redondos de diámetro no inferior a 4 mm, formando
una retícula no superior a 0,30x0,30 m. Este mallazo se conectará como
mínimo en dos puntos opuestos de la puesta a tierra de protección del
Centro.
Dicho mallazo estará cubierto por una capa de hormigón de 10 cm como
mínimo. Con esta medida se consigue que la persona que deba acceder a
una parte que pueda quedar en tensión, de forma eventual, estará sobre
57
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
una superficie equipotencial, con lo que desaparece el riesgo de la tensión
de contacto y de paso interior.
De esta forma no será necesario el cálculo de las tensiones de contacto y
de paso en el interior, ya que su valor será prácticamente cero.
Asimismo la existencia de una superficie equipotencial conectada al
electrodo de tierra, hace que la tensión de paso en el acceso sea
equivalente al valor de la tensión de contacto exterior.
Up (acc) = Kc · ρo · Id
Donde:
Kc Coeficiente de la tensión de contacto exterior [V/( Ω m)A]
ρo Resistividad del terreno [Ω m]
Id Intensidad de defecto [A]
Up (acc) Tensión de paso en al acceso de la instalación [V]
Sustituyendo:
Up (acc) = 0,0386 x 150 x 300 = 1737 V
Cálculo de las tensiones de paso al exterior de la instalación
Adoptando las medidas de seguridad adicionales, no hace falta calcular
las tensiones de contacto en el exterior de la instalación, puesto que estas
serán prácticamente nulas.
Tensión de paso en el exterior:
Up = Kp· ρo · Id
Donde:
Kp Coeficiente de la tensión de paso [V/(Ω m)A]
ρo Resistividad del terreno [Ω m]
58
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Id Intensidad de defecto [A]
Up Tensión de paso en el exterior de la instalación [V]
Por lo que tendremos en el Centro de Transformación:
Up = 0,0191 x 150 x 300 = 859,5 V
Cálculo de las tensiones aplicadas
Para la obtención de los valores máximos admisibles de la tensión de
paso exterior y en el acceso, se utilizan las siguientes expresiones:
( )30 1061
10−⋅⋅+⋅
⋅=
ρntkUpa
( ) ( )330 1031031
10−− ⋅⋅+⋅⋅+⋅
⋅=
Hnt
kaccUpaρρ
t = t’ + t’’
Donde :
Upa Tensión de paso admisible al exterior [V]
Upa (acc) Tensión en el acceso admisible [V]
k , n Constantes según MIERAT 13, dependen de t
t Tiempo de duración de la falta [s]
t´ Tiempo de desconexión inicial [s]
t´´ Tiempo de la segunda desconexión en segundos.
ρo Resistividad del terreno [W·m]
ρH Resistividad del hormigón [W·m]
Según lo expuesto anteriormente el tiempo de duración de la falta es:
t´ = 0.7 s.
t = t´ = 0.7 s.
59
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Los resultados obtenidos al aplicar las fórmulas anteriores son:
Valor calculado Condición Valor admisible
Tensión de paso
al exterior Up = 859,5 V ≤ Upa=1954,29 V
Tensión de paso
en el acceso Up(acc)=1737 V ≤ Upa(acc)=10748,57V
Tensión de
defecto Ud = 3825 V ≤ Vbt=10000V
Investigación de las tensiones transferibles al exterior.
Para garantizar que el sistema de tierras de protección no transfiera
tensiones al sistema de tierra de servicio, evitando no bien afecten a los
usuarios, debe establecerse una separación entre los electrodos más
próximos de ambos sistemas, siempre que la tensión de defecto supere los
1000V.
En este caso es imprescindible mantener esta separación, al ser la
tensión de defecto superior a los 1000 V indicados.
La distancia mínima de separación entre los sistemas de tierras viene
dada por la expresión:
πρ
⋅⋅
=2000
0 dID
Donde:
ρo Resistividad del terreno en [Ωm]
Id Intensidad de defecto [A]
D Distancia mínima de separación [m]
Sustituyendo:
60
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
mD 16,72000
300150=
⋅⋅
=π
Se conectará a este sistema de tierras de servicio el neutro del
transformador, así como la tierra de los secundarios de los transformadores
de tensión e intensidad de la celda de medida.
La configuración adecuada para este caso tiene las siguientes
propiedades:
Geometría del sistema: Picas en hilera
Profundidad del electrodo = 0.5 m
Numero de picas = 3
Longitud de las picas = 2 m
Separación entre picas = 3 m
Parámetros característicos del electrodo:
Resistencia Kr = 0.135 Ω / Ω ·m
El criterio de selección de la tierra de servicio es no ocasionar en el
electrodo una tensión superior a 24 V cuando existe un defecto a tierra en
una instalación de BT protegida contra contactos indirectas por un
diferencial de 650 mA. Para lo cual la resistencia de puesta a tierra de
servicio debe ser inferior a 37 Ω.
Rtserv = Kr ρo < 37 Ω
Resistencia de Puesta a Tierra de servicio = 0,135 x 150 = 20,25 Ω
Para mantener los sistemas de puesta a tierra de protección y de
servicio independientes, la puesta a tierra del neutro se realizará con cable
aislado de 0,6/l KV, protegido con tubo de PVC de grado de protección 7
como mínimo, contra males mecánicos.
61
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Corrección y ajuste del diseño inicial
Según el proceso de justificación del electrodo de puesta a tierra
seleccionado, no se considera necesaria la corrección del sistema
proyectado.
No obstante, se puede ejecutar cualquier configuración con
características de protección mejores que las calculadas, es decir,
atendiendo a las mesas adjuntas al Método de Cálculo de Tierras de UNESA,
con valores de Kr inferiores a los calculados, sin necesidad de repetir los
cálculos, independientemente de que se cambie la profundidad de entierro,
geometría de la red de tierra de protección, dimensiones, número de picas o
longitud de estas, puesto que los valores de tensión serán inferiores a los
calculados en este caso.
62
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
2.8 LÍNEA SUBTERRÁNEA DE MEDIA TENSIÓN
Características principales de la línea
Valores de la línea
El conductor
El conductor que se utilizará será de aislamiento de dieléctrico seco,
según NI-564301 de las características esenciales siguientes:
- Conductor: Aluminio compacto, sección circular, clase 2
UNE 21-022
- Pantalla sobre el conductor: Capa de mezcla semiconductora aplicada
por extrusión.
- Aislamiento: Mezcla a base de etileno propileno de alto módulo (HEPR).
- Pantalla sobre aislamiento: Una capa de mezcla semiconductora
pelable no metálica aplicada por extrusión, asociada a una corona de
alambre y contraespira de cobre.
- Cubierta: Compuesto termoplástico a base de poliolefina y sin
contenido de componentes clorados u otros contaminantes.
63
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Características del conductor
Algunas otras características más importantes son:
Temperatura máxima en servicio permanente 105ºC
Temperatura máxima en cortocircuito t < 5s 250ºC
Intensidad admisible
Las intensidades máxima admisible en servicio permanente depende de
la temperatura máxima que el aislante pueda soportar sin alteraciones en
sus propiedades eléctricas, mecánicas o químicas.
Ésta temperatura es función del tipo de aislamiento y del régimen de
carga.
64
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Para cables sometidos a ciclos de carga, las intensidades máximas
admisibles serán superiores a las correspondientes en servicio permanente.
Las temperaturas máximas admisibles de los conductores, en servicio
permanente y en cortocircuito, para este tipo de aislamiento, se especifican
a continuación:
Temperatura maxima en ºC asignada al conductor
Las condiciones del tipo de instalaciones y la disposición de los
conductores, influyen en las intensidades máximas admisibles.
Condiciones tipo de instalación enterrada
A los efectos de determinar la intensidad admisible, se considera las
siguientes condiciones tipo:
- Cables con aislamiento seco. Una terna de cables unipolares
directamente enterrados en toda su longitud en una zanja de 1 m de
profundidad en terreno de resistividad térmica de 1 km/W y temperatura
ambiente del terreno a dicha profundidad de 25ºC.
Intensidad maxima admissible en servicio permanente
65
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Intensidad de cortocircuito admisible en los conductores
La intensidad máxima admisible de cortocircuito en los conductores, es
función del tiempo de duración del cortocircuito. Éstas intensidades se
calculan partiendo de la temperatura máxima de servicio de 105ºC, y como
temperatura final la de cortocircuito > 250 ºC, tal como se indica en la
tabla. La diferencia entre ambas temperaturas es 145 ºC.
En el cálculo se ha considerado que todo el calor desprendido durante el
proceso es absorbido por los conductores, ya que su masa es muy grande
en comparación con la superficie de disipación de calor y la duración del
proceso es relativamente corta (proceso adiabático). En estas condiciones:
sktIcc ⋅=⋅
Donde:
Icc Intensidad de cortocircuito [A]
t Tiempo que dura el cortocircuito [s]
K=93 Coeficiente que depende de la naturaleza del conductor y de la
temperatura al inicio y al final (según UNE 20435)
s Sección del conductor [mm2]
Si se desea conocer la intensidad máxima de cortocircuito para un valor
de t distinto de los tabulados, se aplica la fórmula anterior. K coincide con el
valor de intensidad tabulado para t = 1s.
Si, por otro lado, interesa conocer la densidad de corriente de
cortocircuito correspondiente a una temperatura inicial θ1 diferente a la
máxima asignada al conductor para servicio permanente θs, basta
multiplicar el correspondiente valor de la tabla por el factor de corrección,
66
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Donde:
ß = 235 para el cobre
ß = 228 para el Aluminio
Intensidad de cortocircuito admisible en los conductores en kA
Tomando como valor de duración del cortocircuito 0,5 s la sección
mínima resultante será:
296mmK
tIccs =⋅
=
67
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
2.9 ESTUDIO DE LA RADIACIÓN SOLAR
La radiación solar
El sol produce energía en forma de radiación electromagnética que es la
fuente energética básica para la vida en la Tierra. El origen de esta energía
está en el interior del sol, donde tienen lugar las reacciones de fusión por la
que 4 átomos de hidrógeno dan lugar a dos átomos de helio y la masa
atómica sobrante se transforma en energía de acuerdo con la célebre
fórmula de Einstein E = mc2 .
Es decir, el sol se comporta como un reactor de fusión situado a 150
millones de kilómetros.
Debido a la gran distancia entre el sol y la Tierra, la radiación solar en la
superficie terrestre es sólo una pequeña parte de la emitida por el sol
(3,86.1026 W que, por unidad de superficie del sol es 6,35 107 W/m2 ). En
concreto, al planeta Tierra llegan como valor medio 1367 W/m2 que se
denomina constante solar.
Terminología
La radiación solar se valora en varias unidades físicas concretas.
- Irradiancia: Es la potencia de la radiación solar por unidad de superficie
y se expresa en la unidad correspondiente del Sistema Internacional, el
vatio dividido por metro cuadrado (W/m2 )
- Irradiación: Es la energía que incide por unidad de superficie en un
tiempo determinado, y que se expresa en las unidades correspondientes
del sistema internacional, es decir, en julios dividido por metro cuadrado
[J/m2].
- Irradiación = Irradiancia multiplicada por la unidad de tiempo.
- Irradiancia espectral: Es la potencia radiante por unidad de área y de
longitud de onda, cuya unidad es [W/(m2·μm)]
- Irradiancia directa: Es la radiación que llega a un determinado lugar
procedente del disco solar, y su unidad de medida es [W/m2].
68
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
- Irradiancia difusa: Es la radiación procedente de toda la bóveda celeste
excepto la procedente del disco solar, y cuya unidad de medida es
también [W/m2].
- Irradiancia Global: Se puede entender como la suma de la radiación
directa y difusa. Es el total de la radiación que llega a un determinado
lugar en [W/m2].
- Irradiancia circunsolar: Es la parte de la radiación difusa procedente de
las proximidades del disco solar en [W/m2].
- Radiación extraterrestre: Es la radiación que llega al exterior de la
atmósfera terrestre [W/m2]. Solo varía con la distancia entre la Tierra y
el Sol.
Distribución de la radiación solar
La potencia radiante de 1367 W/m2 que llega al Planeta Tierra no es la
que finalmente alcanza la superficie terrestre, puesto que la atmósfera
terrestre atenúa la radiación solar debido a la reflexión, absorción y difusión
que los componentes atmosféricos (moléculas de aire, ozono, vapor de
agua, CO2, aerosoles, etc.) producen sobre la radiación solar.
Al pasar la radiación solar por la atmósfera se reduce la intensidad de la
radiación debido a:
- Reflexión por la atmósfera, incluidas las nubes.
- Absorción de las moléculas que componen la atmósfera
(O3, H2O, O2, CO2 etc.)
- Difusión producida por las moléculas de aire y otros componentes,
incluidos los aerosoles (naturales o precedentes de la contaminación).
69
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Ilustración de la interacción de la radiación solar con los componentes atmosféricos
En la siguiente figura se puede observar el espectro solar antes de
atravesar la atmósfera (espectro extraterrestre), el espectro de un cuerpo
negro a la temperatura equivalente del sol (5777 K), y el espectro real de la
radiación solar en un lugar de la superficie terrestre (Radiación global
horizontal) una vez que esta ha atravesado la atmósfera con una
composición determinada.
70
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Distintos espectros de la radiación solar
La difusión debida al polvo y a la contaminación del aire (aerosoles)
depende bastante del lugar donde se mida, siendo mayor en los lugares
industria les y en las ciudades. Los efectos meteorológicos locales como
nubosidad, lluvia, nieve, etc. afectan también a la irradiancia solar que llega
a un determinado lugar.
En la superficie terrestre, en un plano horizontal, un día claro al
mediodía la irradiancia alcanza un valor máximo de unos 1000 W/m2 . Este
valor depende del lugar y, sobre todo de la nubosidad.
Si se suma toda la radiación global que incide sobre un lugar
determinado en un periodo de tiempo definido (hora, día, mes, año) se
obtiene la energía en kWh/m2 (o en MJ/m2). Este valor es diferente según
la región a que hagamos referencia.
En la siguiente figura se observan las diferencias regionales de
irradiación global media anual dentro de España con valores mayores en el
sur (aprox. 5 kWh/(m2· dia) y menores en el norte, como todo el mundo
conoce.
71
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Valor medio anual de la radiación solar global diaria sobre superficie horizontal en España
Radiación solar directa y difusa
La radiación solar que incide sobre la superficie terrestre se puede
aceptar formada por dos componentes: directa y difusa. La radiación directa
es aquella que alcanza la superficie directamente desde el sol, mientras que
la difusa procede de toda la bóveda celeste y se origina sobre todo en las
interacciones (difusión y absorción) de la radiación solar con los
componentes atmosféricos.
Cuando se mide la componente directa de la radiación solar es necesario
utilizar un dispositivo seguidor del movimiento aparente del sol, de tal
manera que la radiación procedente del disco solar sea la que incide sobre
el sensor de radiación correspondiente. Esa medida es la llamada
componente normal de la radiación directa.
72
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Otras veces, sin embargo, la componente directa de la radiación se
calcula a partir de las medidas de la radiación global horizontal y de la
difusa horizontal. En ese caso, la componente directa que se obtiene como
diferencia entre ellas es la componente horizontal (proyección horizontal) de
la radiación directa y se relaciona con la componente normal como se indica
en la figura.
Componente horizontal y normal de la radiación directa
Distribución annual de la irradiación global horizontal, directa normal y difusa horizontal diarias
73
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
En la próxima figura se tiene un esquema en el que se representan los
valores aproximados de la irradiancia máxima en días con diferente nivel de
nubosidad. En él se indica que en los días muy nubosos la componente
difusa es la predominante y en los días claros, lo es la directa.
Irradiancia global en varios estados del tiempo
Geometría solar
Para el cálculo de la producción energética de una instalación solar es
fundamental conocer la irradiación solar en el plano correspondiente a la
instalación y la trayectoria solar en el lugar en las diferentes épocas del
año. La situación del sol en un lugar cualquiera viene determinada por la
altura y el azimut del sol.
74
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Geometría Solar
Se define la orientación mediante el azimut. El azimut solar es el ángulo
que forma la dirección sur con la proyección horizontal del sol, hacia el
norte por el noreste o por el noroeste, considerando la orientación sur con
ψ = 0º, y considerando los ángulos entre el sur y el noreste negativos y
entre el sur y el noroeste positivos.
Por ejemplo la orientación este se considera ψ = - 90º, mientras que
para la orientación oeste, ψ = 90º.
La inclinación viene definida por el ángulo ß (para el módulo) y por la
altura solar α o su complementario θz, (ángulo cenital) para el sol.
En la siguiente figura se visualiza la trayectoria aparente del sol en
relación a una instalación solar situada en la cubierta de un edificio en días
determinados del año (solsticios de verano e invierno y equinoccios de
primavera y otoño). Los demás días del año el sol recorre trayectorias
intermedias entre las representadas. No es difícil calcular la posición del sol
en cualquier lugar en cualquier momento y también el ángulo de incidencia
con cualquier plano.
75
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Posición del sol en los días de cambio de estación
Recorrido óptico de la radiación solar
Cuanto más perpendicular se encuentra el sol con respecto a la
superficie terrestre (menor valor del ángulo cenital) menor es el camino que
recorre la radiación solar a través de la atmósfera. Por el contrario para
ángulos cenitales mayores (menor altura solar) el camino a recorrer por la
radiación solar en la atmósfera es mayor, lo que implica que la intensidad
de la radiación solar que llega a la superficie terrestre es menor.
Se define la masa de aire (AM), como el cociente entre el recorrido
óptico de un rayo solar y el correspondiente a la normal a la superficie
terrestre (ángulo cenital cero) y está relacionada con la altura solar (a)
según la ecuación:
Para a= 90º, AM = 1, que es el valor mínimo de AM y se corresponde
con la situación del sol en el cenit (vertical del observador).
76
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
En la figura adjunta se tiene la altura solar y su correspondiente valor de
AM, de acuerdo con la fórmula anterior. El valor de AM = 1 (sol en el cenit)
no se da ningún día del año en nuestras latitudes. La radiación solar en el
espacio exterior, es decir sin atravesar la atmósfera terrestre, supone
AM=0.
Altura solar y valor de AM correspondiente según la posición del sol
Irradiaciancia en superficies inclinadas
La radiación solar en una superficie perpendicular a la dirección de
propagación de la radiación solar es siempre mayor que en la misma
superficie colocada en cualquier otra posición. Al variar el azimut y la altura
solar a lo largo del día y del año, el ángulo de incidencia de radiación
óptimo en una superficie dada no es constante. La situación óptima se daría
en un tejado cuya inclinación y orientación variara constantemente. Lo
normal, sin embargo, es que la superficie sea fija.
Para considerar si una determinada superficie ya existente es apta para
su uso solar, es necesario conocer la radiación solar incidente sobre dicha
superficie.
77
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
En la figura se muestra un ejemplo de gráfico para Sevilla, donde se ha
calculado la radiación solar de un año sobre una superficie cualquiera
dependiendo del azimut y del ángulo de inclinación como porcentaje
respecto del máximo.
Gráfico de la variación energética en función del azimut y la altura solar
Dado que no se mide la radiación solar en todas las superficies
inclinadas que son posibles para colocar una instalación solar se han
establecido diferentes sistemas de cálculo que permiten obtener el valor de
la irradiación sobre una superficie inclinada con cualquier orientación e
inclinación en periodos de tiempo definidos, normalmente una hora o un día
representativos de un periodo de tiempo mayor, habitualmente un mes.
Horas de sol pico
En la tecnología fotovoltaica se emplea un concepto relacionado con la
radiación solar que conviene explicar someramente. Se trata de las horas
de sol pico. Se puede definir como número de horas de un día con una
irradiancia ficticia de 1000 W/m2 que tendría la misma irradiación total que
la real de ese día. Con esa definición, si se tiene la irradiación de un
determinado día, y se divide por 1000 W/m2, se tienen las horas de sol
pico.
Hay un caso singular particularmente interesante: Cuando la irradiación
se expresa en kWh/m2 y se divide por los citados 1000 W/m2 el resultado
es obviamente el mismo número en el que estaba expresada la irradiación.
Por ejemplo:
78
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
HSP = 5 kWh/m2 / 1000 W/m2 = 5
Así pues, una tabla o mapa de radiación expresada en kWh/m2 sirve
como tabla o mapa de horas de sol pico.
El movimiento solar
Sabemos que el sol sale por el este, se pone por el oeste y se eleva más
o menos, dependiendo de la estación en la que nos encontremos. Hace
mucho tiempo se pensaba que el Sol se movía, pero en la actualidad se
sabe que ese movimiento aparente es debido al movimiento de la Tierra,
girando una vez cada 24 horas. Pero para estudiar éste fenómeno, vamos a
suponer que el elemento que se mantiene inmóvil es la Tierra, y es el Sol el
que gira a su alrededor.
Movimiento de translación de la tierra
La Tierra se mueve en una órbita en forma de elipse alrededor del Sol. El
eje de rotación de la Tierra forma un ángulo de 23,5º con la normal al plano
de la elipse, y es el responsable de la duración del día y de la noche en las
distintas estaciones del año.
En la siguiente figura se muestra las posiciones de la Tierra en sus
puntos extremos (solsticio de verano e invierno). En España, tenemos
79
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
mucho más tiempo de Sol en junio que en diciembre, ya que ilumina el
hemisferio norte mucho mejor. En el hemisferio sur, sería al revés.
En el polo norte, el día del equinoccio de primavera, el sol girará justo
sobre el horizonte, y a medida el ángulo entre el eje de rotación y los rayos
solares de va haciendo menor, el sol se mantendrá por encima del horizonte
durante todo el día hasta que en el día 21 de junio alcanza una altura
máxima sobre el horizonte de 23,5º, empezando a disminuir nuevamente
hasta que se vuelve a esconder por el horizonte en el equinoccio de
invierno. El resultado conocido por todos es que en los polos hay un periodo
de seis meses donde no se pone nunca el sol, y un periodo equivalente
donde el sol nunca sale y es de noche continuamente.
Movimiento solar en la bóveda celeste
Situación espacial de los diferentes ángulos
80
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
El equinoccio es cuando tenemos igual tiempo de oscuridad que de luz, y
suele ser el 21 de marzo (equinoccio de primavera), y el 23 septiembre
(equinoccio de otoño).
En el solsticio de verano tenemos el día más largo, que corresponde al
21 de junio, mientras que el día de menor duración es el 22 de diciembre.
Cálculo de las sombras
Para conocer cuando se produce sombreado temporal es necesario
analizar las posibilidades de nieve, polvo, caída de hojas, etc... en función
del entorno de la instalación. Sin embargo, los otros dos tipos de sombras
se pueden conocer con detalle, es decir, qué días y a que horas se puede
producir la sombra. En este apartado se explica un procedimiento para
calcular estos dos tipos de sombras.
La sombra se suele determinar en relación a un punto de la instalación,
por lo general el punto medio del generador fotovoltaico y en función del
contorno de los posibles obstáculos entre el sol y la instalación. En el caso
de grandes instalaciones este análisis se realiza para varios puntos del
generador.
El procedimiento consiste en analizar el contorno de los posibles
obstáculos entre el sol y la instalación. Esto se puede realizar con:
- Un analizador de sombras (fotográficamente o a través de una cámara
digital y un software)
- Un diagrama de trayectorias solares en una lámina.
- Con un plano de la situación y un diagrama de trayectorias solares.
En un plano y con un diagrama de trayectorias solares se obtienen las
distancias y medidas de las sombras arrojadas por los obstáculos. Con esos
datos se determinan, como se indica continuación, los ángulos azimut y la
altura solar.
81
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Determinación de la altura solar y del azimut de un obstáculo
La altura solar α se calcula a partir de la diferencia entre la altura de la
instalación fotovoltaica h1, la altura del objeto que hace sombra h2, y de su
distancia de separación d.
La determinación de la altura solar se realiza para todos los obstáculos
de los alrededores de la instalación solar, para lo cual se deben conocer
tanto la altura como la distancia al punto de observación. El cálculo del
azimut del obstáculo se puede obtener directamente del plano de situación
o de un esquema.
La determinación de la altura solar y del azimut de los objetos también
se puede obtener con un analizador de sombras (con una cámara de fotos
adecuada, o cámara digital y software).
También es suficiente un diagrama de trayectorias solares. Éste se copia
en una transparencia y se coloca de forma semicircular. El observador,
colocado en el punto de visión de la instalación, observa el objeto a través
82
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
del diagrama de forma que puede leer directamente en él la altura solar y el
azimut y anotarlos.
En el caso de querer abarcar un ángulo sólido mayor puede ser muy útil
el empleo de una lente de gran angular como sería el caso, por ejemplo, del
utilizado en la mirilla de una puerta.
Diagrama de las trayectorias solares y método de utilización
Con objeto de cuantificar lo intensa que es la sombra, para el caso de
árboles, se indican unos coeficientes de transmisión de la radiación solar a
través del árbol:
83
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Para árboles de hoja de aguja: t = 0,30
Para árboles de hoja ancha: t = 0,64 (invierno) y t = 0,23 (verano)
Resultado del método del diagrama de trayectorias solares
Sobre dicho diagrama se puede observar, en qué meses se van a
producir sombras. En el ejemplo presentado se observa que la cubierta sólo
estará sombreada desde el mes de noviembre hasta el mes de enero
durante la tarde. A partir de unos días antes del 21 de febrero no hay
ningún tipo de sombras. En el periodo de marzo a octubre (inclusive) no se
tiene ninguna sombra.
Se puede realizar una valoración más extensa del diagrama
gráficamente, numéricamente o de manera más sencilla mediante un
software. La mayoría de los programas de simulación calculan la
disminución de la radiación incidente, y a partir de éstas, las pérdidas de
producción. Para ello se proporciona el contorno de la sombra en un punto
del generador fotovoltaico, generalmente el punto medio. La exactitud es en
muchos casos suficiente.
La geometría del generador y el conexionado de los módulos se tiene en
cuenta únicamente en programas de simulación más sofisticados. Si no se
usa un software se necesitan los valores de radiación para cada uno de los
meses en el lugar de la instalación. De aquí se puede estimar para cada uno
84
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
de los meses las pérdidas de radiación a partir del porcentaje de sombras
obtenido en el diagrama de trayectorias solares.
Altura solar α
Si analizamos el movimiento y el valor de la altura solar a lo largo del
año, se observa que:
Análisis del valor de la altura solar el día más favorable del año
Análisis del valor de la altura solar el día más favorable del año
85
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
En consecuencia obtenemos los siguientes valores:
Latitud Declinación Altura Solar
Invierno 23,5º 90-(37+23,5)=29,5º
Primavera 0º 90-37= 53º
Verano 23,5º 90-(37-23,5)=76,5º
Otoño
37
0º 90-37= 53º
Como conclusión de los valores obtenidos en la tabla, podemos decir que
la peor situación, es decir, el momento en que la posición del sol está más
baja y además es cuando producirá la sombra más larga de todo el año, es
el solsticio de invierno, cuyo rayo solar tiene una inclinación con respecto la
horizontal de 29,5º.
A partir de entonces, la altura solar va aumentando a media que avanza
los días y en consecuencia la sombra se hace más pequeña. Por éste motivo
para calcular la separación que se deberá dejar entre las filas de paneles se
tienen que calcular para una altura solar α = 29º.
Ángulo de inclinación de los módulos
Radiación Global Diaria sobre superficie inclinada en MJ/m2·día en Sevilla (fuente: Suntechnics) Orientación SUR
Inclin. Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año 0 9,9 13,4 16,1 20,0 24,7 25,6 25,5 24,2 18,9 15,0 11,3 10,0 17,9 5 9,9 13,4 16,1 20,0 24,7 25,6 25,5 24,2 18,9 15,0 11,3 10,0 17,9 10 11,1 14,3 16,8 20,6 24,5 25,4 25,7 24,4 20,1 16,5 13,2 11,8 18,7 15 12,0 15,0 17,2 20,4 23,3 24,2 24,5 23,7 20,4 17,1 14,1 12,7 18,7 20 12,3 15,4 17,6 20,9 23,9 24,8 25,1 24,3 20,9 17,5 14,4 13,0 19,2 25 12,9 15,8 17,9 20,4 23,3 23,3 24,2 24,2 20,8 17,9 15,0 14,2 19,2 30 13,0 15,9 18,0 20,5 23,4 23,4 24,3 24,3 20,9 18,0 15,1 14,2 19,3 35 13,5 16,3 17,9 20,0 22,4 22,0 22,9 23,3 20,8 18,4 15,6 14,8 19,0 40 13,5 16,3 17,9 20,0 22,4 22,0 22,9 23,3 20,8 18,4 15,6 14,8 19,0 45 14,1 16,3 17,4 19,1 20,6 20,2 20,7 21,9 20,3 18,4 15,6 15,3 18,3 50 14,1 16,3 17,4 19,1 20,6 20,2 20,7 21,9 20,3 18,4 15,6 15,3 18,3 60 13,4 16,2 16,9 17,8 18,6 18,3 18,5 20,1 19,3 17,7 15,5 15,2 17,3 70 11,3 12,7 12,6 11,9 10,9 9,8 10,1 12,6 13,6 13,8 13,3 13,8 12,2 80 11,3 12,7 12,6 11,9 10,9 9,8 10,1 12,6 13,6 13,8 13,3 13,8 12,2 90 11,3 12,7 12,6 11,9 10,9 9,8 10,1 12,6 13,6 13,8 13,3 13,8 12,2
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Como se observa claramente en la tabla, el ángulo de inclinación de
panel que anualmente es capaz de captar más radiación por metro
cuadrado es una de 30º.
Separación entre filas
Para entender mejor los cálculos que determinan la separación adecuada
que debe existir entre filas para evitar que se generen sombras, la siguiente
figura nos será bastante fácil de entender.
Distancia entre filas para evitar sombras
Por lo tanto, con las medidas de los módulos FV que son de 1x1,32 m. Y
teniendo en cuenta que en cada estructura colocaremos 7x4 = 28 módulos
dispuestos de forma horizontal (para no tener una gran altura y
consecuentemente mayores sombras) tendremos:
h = a · sen ß = 4 · sen 30 = 2 m
d1 = h / tg α = 2 / tg 29 = 3,61 m
d = a · cos ß + d1 = 4 · cos 30 + 3,61 = 7,07 m
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Producción Energética
Para estimar la energía que produce realmente la instalación, Ereal, se
procede de la siguiente forma:
Conocida la potencia pico del generador y la radiación solar incidente
sobre el mismo se estima la energía máxima teórica que puede producir,
Eideal, la cual se obtiene como el producto de la irradiación solar H, por la
superficie del generador fotovoltaico A, y por el rendimiento ρ del módulo
fotovoltaico.
El rendimiento medio de un módulo varía entre un 7% y un 15% en
función de la tecnología.
Eideal = H·A·η
La energía ideal se reduce debido a las pérdidas que se producen
mediante unos factores de pérdidas cuyos valores medios son:
- Perdidas por tolerancia respecto a valores nominales 4.5%
- Perdidas por polvo y suciedad 2.5%
- Perdidas por temperatura 3.5%
- Perdidas por sombra 2.0%
- Perdidas en parte de cc 3.5%
- Perdidas en seguidor PMP 1.5%
- Perdidas en inversor 7.5%
- Perdidas en parte de ca 3%
La energía real será por tanto el producto de la energía ideal reducida
por los factores de pérdidas. Se denomina ratio de producción PR al
cociente entre la energía realmente producida por la instalación y la energía
teórica máxima que puede generar la instalación. Obviamente, mientras
mayor sea el ratio de producción menos pérdidas se producen en la misma.
PR = Ereal / Eideal
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
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Con este ratio se pueden comparar entre sí diferentes instalaciones
fotovoltaicas de distintos lugares. El ratio de producción de una instalación
fotovoltaica típica sin sombrear oscila entre 0,6 y 0,8.
Para analizar la estimación de energía que es capaz de proporcionar la
instalación hemos utilizado la hoja de cálculo que nos ha facilitado nuestro
proveedor de módulos e inversores (Suntechnics).
La producción prevista para cada una de las instalaciones de 100 kW
según los resultados que nos da dicha hoja de cálculo se adjunta
seguidamente.
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 2. Memoria de Cálculo
Producción y Radiación
lugar: Utrera potencia pico: 110,88 kWp
orientación: 0 ° inclinación: 30 °
ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic año
Radiación* [MJ/m²día] 13,0 15,9 18,0 20,5 23,4 23,4 24,3 24,3 20,9 18,0 15,1 14,2 19,3
Producción prevista [kWh] 9.490 11.633 13.163 15.000 17.143 17.143 17.755 17.755 15.306 13.163 11.021 10.408 168.981 © SunTechnics Técnicas Solares, S.L.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 3. Presupuesto
3. PRESUPUESTO
PRESUPUESTO INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA EN
UTRERA CAPITULO 1. GENERADOR FOTOVOLTAICO Cant. Descripción P.Unitario. P.Total.
3 Ud. De 100 kW nominales y 110,88 kWp, compuesto cada
uno por: 616 Ud. De módulos fotovoltaicos monocristalinos STM 180F 820,30 € 505.304,80 € 22
Ud. De soportes SolarGigant II 2.850,00 € 62.700,00 € 6 Ud. De cajas de conexión tipo 1 210,00 € 1.260,00 € 1 Ud. De cajas de conexión tipo 2 350,00 € 350,00 € 1 Ud. De cableado de potencia 560,00 € 560,00 € 1
Ud. De inversor de 100 kW SolarMax 100C 38.000,00
€ 38.000,00 € 1 Ud. De cableado de conexión a tierra de estructuras 1.236,00 € 1.236,00 € 609.410,80 € 1.828.232,40 € TOTAL CAPITULO 1.- GENERADOR FOTOVOLTAICO 1.828.232,40 € CAPITULO 2. CENTRO DE TRANSFORMACIÓN Cant. Descripción P.Unitario. P.Total.
1 Ud. Obra Civil 1 Ud. De centro de transformación monobloque PFU-4/30,
incluido transporte y montaje 9.369,00 € 9.369,00 € 9.369,00 € 9.369,00 € 1
Ud. Equipos de Media Tensión 2 Ud. Celda entrada/salida CGM-CML-36 4.172,00 € 8.344,00 € 1 Ud. Celda de protección de transformador CGM-CMP-F-36 6.116,00 € 6.116,00 € 1 Ud. Puentes de MT trafo, cable MT 18/30 kV 1.025,00 € 1.025,00 € 15.485,00 € 15.485,00 € 1 Ud. Equipos Potencia 1 Ud. Transformador aceite 36 kV 8.000,00 € 8.000,00 € 8.000,00 € 8.000,00 € 1 Ud. Equipos de Baja Tensión 1 Ud. Cuadro BT-B2 de trafo 1.598,00 € 1.598,00 € 1 Ud. Puente BT-B2 de trafo 566,00 € 566,00 €
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 3. Presupuesto
2.164,00 € 2.164,00 € 1 Ud. Puesta a tierra 1 Ud. Inst. exterior puesta a tierra edificio 1.223,00 € 1.223,00 € 1 Ud. Inst. exterior puesta a tierra de servicio o neutro trafo 601,00 € 601,00 € 1 Ud. Inst. interior puesta a tierra edificio 403,00 € 403,00 € 1 Ud. Inst. interior puesta a tierra de servicio o neutro trafo 403,00 € 403,00 € 2.630,00 € 2.630,00 € 1 Ud. Varios 1 Ud. Protección física del trafo 233,00 € 233,00 € 1 Ud. Iluminación interior 389,00 € 389,00 € 1 Ud. Equipo de protección y mando 480,00 € 480,00 € 1.102,00 € 1.102,00 € TOTAL CAPITULO 2.- CENTRO DE TRANSFORMACIÓN 38.750,00 €
CAPITULO 3. MEDIDA Cant. Descripción P.Unitario. P.Total.
3 Ud. De sistemas de medida, realizados de acuerdo con
legislación vigente y normas de ENDESA, compuesto por: caja de acometida conductores de conexión contadores normalizados de punto frontera de cuatro
cuadrantes 1.470,90 € 1.470,90 € 4.412,70 €1 Ud. De sistemas de medida para energía consumida en
servicios auxiliares, compuesto por:
caja de acometida conductores de conexión contador de medida directa 642,50 € 642,50 €
642,50 €
TOTAL CAPITULO 3.- MEDIDA 5.055,20 €
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 3. Presupuesto
CAPITULO 4. SEGURIDAD Cant. Descripción P.Unitario. P.Total. 1 Ud. De detección de intrusismo perimetral compuesto por: 1 Ud. De central de doce zonas y ocho salidas, programación
desde techado, 10 códigos de usuario, salida a modem 1.460,00 € 1.460,00 € 1 Ud. De teclado de acceso y programación 105,00 € 105,00 € 12 Ud. De barreras de doble tecnología, con inmunidad a
pequeños animales, incluso soportes y cableado central 486,00 € 5.832,00 € 5 Ud. De detectores de proximidad para zona de inversores 64,00 € 320,00 € 1 Ud. De cableado, conexión y pruebas 2.615,00 € 2.615,00 € 1 Ud. De cableado de alarma en paneles realizando 4 anillos de
conductor 1 mm2, conexiones y pruebas 3.940,00 € 3.940,00 € 14.272,00 € 14.272,00 € 1
Ud. De CCTV, para captación de imágenes, formado por: 3 Ud. De camaras Domos antivandalica con sensor de
movimientos, color /ByN y filtro IR, modelo JVC, TK-C655E o similar, con detector de movimiento, fijaciones,cableado y pruebas 3.170,00 € 9.510,00 €
1 Ud. De videograbador con torreta de comunicaciones y grabacion de alarmas, digital y multicanal SANYO o similar 3.720,00 € 3.720,00 €
1 Ud. De cableado de interconexión y pruebas de CCTV 3.160,00 € 3.160,00 € 16.390,00 €
16.390,00 € 2 Ud. De torre de alumbrado de 9 mts de altura, con dos
proyectores de cuarzo-iodo de 500 watios y dos de halogenuros metálicos de 250 w, incluso cuadro de mando, conexión a central de alarmas, encendido manual o automático. 2.715,00 € 5.430,00 €
1 Ud. De sirena y luz estrobiscopica intemperie, con batería de
acumulación color azul, cableado y conexionado. 162,40 € 162,40 €
TOTAL CAPITULO 4. SEGURIDAD 36.254,40 €
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 3. Presupuesto
CAPITULO 5. OBRA CIVIL SUBCAPITULO 5.1. OBRA CIVIL GENERADOR FV
Cant. Descripción P.Unitario. P.Total.
1 Ud. De realización de obra auxiliar de albañilería, compuesta por:
760 Mts. De apertura y cierre de zanja para cableado 32,00 € 24.320,00 € 243
0 Mts. De tubería de PVC Ø 63 1,26 € 3.061,80 € 152
0 Mts. De cinta señalizadora 0,02 € 30,40 € 66 Ud. De zapatas para cimentación de soportes fotovoltaicos 146,20 € 9.649,20 € 37.061,40 € 37.061,40 € TOTAL SUBCAPITULO 5.1. OBRA CIVIL GENERADOR FV 37.061,40 € SUBCAPITULO 5.2. OBRA CIVIL SEGURIDAD
860 Mts. De valla metálica galvanizada de 2 mts de altura y tres
alambres de espino en coronacion. 9,62 € 8.273,20 €1 Ud. De obras auxiliares de zanjas y cimentaciones para
elementos de seguridad. 10.850,00
€ 10.850,00 €
TOTAL SUBCAPITULO 5.2. OBRA CIVIL SEGURIDAD 19.123,20 € SUBCAPITULO 5.3. OBRA CIVIL EDIFICIOS DE EQUIPOS 1 Ud. De caseta prefabricada de hormigón, con capacidad para
albergar los equipos de medida según normas de IBERDROLA, inclusopunto de luz y de emergencia, sistemas de encendido mediante detector de presencia 7.140,00 € 7.140,00 €
3 Ud. De caseta para inversores, prefabricadas de hormigón con sistemas de ventilación por termostato ambiente, alumbrado normal y de emegencia 6.475,00 € 19.425,00 €
TOTAL SUBCAPITULO 5.3.- EDIFICIOS DE EQUIPOS 26.565,00 €
TOTAL CAPITULO 5.- OBRA CIVIL 82.749,60 €
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 3. Presupuesto
CAPITULO 6. INGENIERÍA Cant. Descripción P.Unitario. P.Total.
1 Ud. De ingeniería, consistente en preparación de
documentación necesaria para el funcionamiento de la planta, seguimiento y dirección de obra
14.020,00 € 14.020,00 €
TOTAL CAPITULO 6.- INGENIERÍA 14.020,00 €
RESUMEN PRESUPUESTO INSTALACIÓN
FOTOVOLTAICA Total TOTAL CAPITULO 1.- GENERADOR FOTOVOLTAICO 1.828.232,40 €
TOTAL CAPITULO 2.- CENTRO DE TRANSFORMACIÓN 38.750,00 €
TOTAL CAPITULO 3.- MEDIDA 5.055,20 €
TOTAL CAPITULO 4. SEGURIDAD 36.254,40 €
TOTAL CAPITULO 5.- OBRA CIVIL 82.749,60 €
TOTAL CAPITULO 6.- INGENIERÍA 14.020,00 €
TOTAL PRESUPUESTO 2.005.061,60 €
El coste final de la instalación por Wp instalado es de:
Coste = 2.005.061,60 / (110.880 x 3 ) = 6,03 €/Wp
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 3. Presupuesto
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 4. Estudio Básico de Seguridad y Salud
4. ESTUDIO BÁSICO DE SEGURIDAD Y SALUD
4.1 OBJETO
El objeto del presente estudio es establecer las condiciones básicas de
seguridad de acuerdo a lo establecido en el Real Decreto 1627/97 en el que
se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y de salud en las
obras de construcción, aplicándolo a la obra de INSTALACIÓN SOLAR
FOTOVOLTAICA DE POTENCIA NOMINAL CONJUNTA DE 300 kW en el
término municipal de Utrera, polígono 10, parcela 56.
4.2 ANÁLISIS DE RIESGOS
La instalación a realizar es de placas fotovoltaicas fijas y la conexión a la
red de baja tensión. A continuación se establecen los riesgos considerados
para este puesto de trabajo en la instalación descrita en el proyecto; para
cada uno de estos riesgos se establecerán a continuación las medidas
preventivas y correctoras aplicables:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Caída de personas al mismo nivel.
Choques contra objetos inmóviles.
Caída de objetos desprendidos.
Caída de personas a distinto nivel.
Pisadas sobre objetos.
Golpes por objetos y herramientas.
Cortes y pinchazos.
Caídas de objetos en manipulación manual.
Exposición a contactos eléctricos indirectos.
Exposición a contactos eléctricos directos.
Sobreesfuerzos físicos puntuales.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 4. Estudio Básico de Seguridad y Salud
4.3 MEDIDAS PREVENTIVAS
Informe Área Montadores: Puesto Electricista.
Trabajo a realizar: Instalación de placas fotovoltaicas y conexión a red
de B.T.
CAÍDAS DE PERSONAS AL MISMO NIVEL
1. El pavimento tiene que constituir un conjunto homogéneo, llano y liso
sin soluciones de continuidad; será de material consistente, no resbaladizo
o susceptible de serlo con el uso y de fácil limpieza.
2. Las zonas de paso deberán estar siempre en buen estado de aseo y
libres de obstáculos, realizándose las limpiezas necesarias.
3. Se evacuarán o eliminarán los residuos de primeras materias o de
fabricación, bien directamente por medio de tuberías o acumulándolos en
recipientes adecuados.
4. Utilizar calzado, como Equipo de Protección Individual certificado, en
buen estado con el tipo de suela adecuada que evite la caída por
resbalamiento.
5. Hay que corregir la escasa iluminación, mala identificación y
visibilidad deficiente.
6. Comprobar que las dimensiones de espacio permiten desplazamientos
seguros.
7. El almacenamiento de materiales así como la colocación de
herramientas se tiene que realizar en lugares específicos para tal fin.
8. Hay que concienciar a cada trabajador la idea de que se
responsabilice en parte del buen mantenimiento del suelo y que ha de dar
cuenta inmediata de las condiciones peligrosas del suelo como derrames de
líquidos, jugos, aceites, agujeros, etc.
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Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 4. Estudio Básico de Seguridad y Salud
CHOQUES CONTRA OBJETOS INMÓVILES
1. Habilitar en el centro de trabajo una serie de pasillos o zonas de paso,
que deberán tener una anchura adecuada al número de personas que hayan
de circular por ellos y a las necesidades propias del trabajador. Sus
dimensiones mínimas serán las siguientes: a) 1,20 metros de anchura para
los pasillos principales. b) 1 metro de anchura para los pasillos secundarios.
2. Dichas zonas de paso deberán estar libres de obstáculos. Señalizar
zonas de almacenamiento.
3. Todo lugar por donde deban circular o permanecer los trabajadores
estará protegido convenientemente a una altura mínima de 1,80 metros
cuando las instalaciones a ésta o a mayor altura puedan ofrecer peligro para
el paso o estancia del personal. Cuando exista peligro a menor altura se
prohibirá la circulación pro tales lugares, o se dispondrán pasos superiores
con las debidas garantías de solidez y seguridad.
4. Las zonas de paso junto a instalaciones peligrosas deben estar
protegidas.
5. La superficie de trabajo debe estar libre de obstáculos tanto en el
suelo como en la altura. Eliminar obstáculos, señalizar o mejorar la
disposición de objetos.
6. Todos los lugares de trabajo o tránsito tendrán iluminación natural,
artificial o mixta apropiada a las operaciones que se ejecuten. Siempre que
sea posible se empleará la iluminación natural. Se deberá graduar la luz en
los lugares de acceso a zonas de distinta intensidad luminosa. Prever
espacios necesarios, tanto para almacenamientos fijos como eventuales del
proceso productivo.
CAÍDAS DE OBJETOS DESPRENDIDOS
1. Los espacios de trabajo estarán libres del riesgo de caídas de objetos
por desprendimiento, y en el caso de no ser posible deberá protegerse
adecuadamente a una altura mínima de 1,80 m. mediante mallas,
barandillas, chapas o similares, cuando por ellos deban circular o
permanecer personas.
99
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 4. Estudio Básico de Seguridad y Salud
2. Las escaleras, plataformas,… serán de material adecuado, bien
construidas y adosadas y ancladas sólidamente de manera que se impida el
desprendimiento de toda o parte de ella.
3. El almacenamiento de materiales se realizará en lugares específicos,
delimitados y señalizados.
4. Cuando el almacenamiento de materiales sea en altura éste ofrecerá
estabilidad, según la forma y resistencia de los materiales.
5. Las cargas estarán bien sujetas entre sí y con un sistema adecuado de
sujeción y contención (flejes, cuerdas, contenedores, etc.).
6. Los materiales se apilarán en lugares adecuados, los cuales estarán
en buen estado y con resistencia acorde a la carga máxima (palet,
estanterías, etc.).
7. Los almacenamientos verticales (botellas, barras, etc.) estarán
firmemente protegidos y apoyados en el suelo, y dispondrán de medios de
estabilidad y sujeción (separadores, cadenas, etc.).
8. Los accesorios de los equipos de elevación (ganchos, cables,…) para la
sujeción y elevación de materiales tendrán una resistencia acorde a la carga
y estarán en buen estado.
9. Las cargas transportadas estarán bien sujetas con medios adecuados,
y los enganches, conexiones, etc., se realizarán adecuadamente (ganchos
con pestillos de seguridad…).
CAÍDAS DE PERSONAS A DISTINTO NIVEL
1. Las aberturas en los pisos estarán siempre protegidas con barandillas
de altura no inferior a 0,90 metros y con plintos y rodapiés de 15
centímetros de altura.
2. Las aberturas en las paredes que estén a menos de 90 centímetros
sobre el piso y tengan unas dimensiones mínimas de 75 centímetros de alto
por 45 centímetros de ancho, y por las cuales haya peligro de caída de más
de dos metros, estarán protegidas por barandillas, rejas u otros resguardos
que complementen la protección hasta 90 centímetros sobre el piso y que
sean capaces de resistir una carga mínima de 150 kilogramos por metro
lineal.
100
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 4. Estudio Básico de Seguridad y Salud
3. Las plataformas de trabajo que ofrezcan peligro de caída desde más
de dos metros estarán protegidas en todo su contorno por barandillas y
plintos.
4. Las barandillas y plintos o rodapiés serán de materiales rígidos y
resistentes. La altura de las barandillas será de 90 centímetros como
mínimo a partir del nivel del piso, y el hueco existente entre el plinto y la
barandilla estará protegido por una barra horizontal o listón intermedio, o
por medio de barrotes verticales con una separación máxima de 15
centímetros. Serán capaces de resistir una carga de 150 kilogramos por
metro lineal. Los plintos tendrán una altura mínima de 15 centímetros sobre
le nivel del piso.
5. Los pisos y pasillos de las plataformas de trabajo serán
antideslizantes, se mantendrán libres de obstáculos y estarán provistas de
un sistema de drenaje que permita la eliminación de productos
resbaladizos.
6. En el caso de disponer y utilizar escaleras fijas y de servicio, escalas,
escaleras portátiles o escaleras móviles hay que adoptar las medidas
preventivas correspondientes a dichas instalaciones o medios
7. Igualmente, en el caso de utilizar andamios: de borriquetes, colgados,
tubulares o metálicos sobre ruedas, hay que adoptar las medidas
preventivas correspondientes a dichos medios auxiliares
8. La iluminación en el puesto de trabajo tiene que ser adecuada al tipo
de operación que se realiza.
9. Los tablones que constituyan el piso del andamio, estarán unidos
entre sí.
10. Los tablones que forman el piso del andamio, se dispondrán al
objeto de evitar desplazamiento o deslizamientos.
11. Hasta 3 m de altura se pueden emplear andamios de borriquetes
fijas y entre 3 y 6 m se emplearán borriquetes armadas de bastidores
arriostrados.
101
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 4. Estudio Básico de Seguridad y Salud
PISADAS SOBRE OBJETOS
1. Los materiales, herramientas, utensilios, etc., que se encuentren en
cada puesto de trabajo serán los necesarios para realizar la labor en cada
momento y los demás, se situarán ordenadamente en los soportes
destinados para ellos.
2. Se evitará dentro de lo posible que en la superficie del puesto de
trabajo, lugares de tránsito, escaleras, etc., se encuentren cables eléctricos,
tomas de corriente externas, herramientas, objetos depositados y etc., que
al ser pisados puedan producir accidentes.
3. Las superficies de trabajo, zonas de tránsito, puertas, etc., tendrán la
iluminación adecuada al tipo de operación a realizar.
4. El personal deberá usar el calzado de protección certificado, según el
tipo de riesgo a proteger.
GOLPES POR OBJETOS Y HERRAMIENTAS
1. Mantener una adecuada ordenación de los materiales delimitando y
señalizando las zonas destinadas a apilamientos y almacenamientos,
evitando que los materiales estén fuera de los lugares destinados al efecto
respetando las zonas de paso.
2. Cuando existan aparatos con órganos móviles que invadan en su
desplazamiento una zona de espacio libre, la circulación del personal
quedará señalizada con franjas pintadas en el suelo que delimiten el lugar
por donde deba transitarse.
3. Comprobar que existe una iluminación adecuada en las zonas de
trabajo y de paso.
4. Se deben disponer armarios o estantes para colocar y guardar las
herramientas. Las herramientas cortantes o con puntas agudas se
guardarán provistas de protectores de cuero o metálicos.
5. Se deben utilizar Equipos de Protección Individual certificados, en
concreto guantes y calzado, en los trabajos que así lo requieran para evitar
golpes y/o cortes por objetos o herramientas.
102
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 4. Estudio Básico de Seguridad y Salud
CORTES Y PINCHAZOS
1. Comprobar que las herramientas manuales cumplen con las siguientes
características:
2. Tienen que estar construidas con materiales resistentes, serán las
más apropiadas por sus características y tamaño a la operación a realizar y
no tendrán defectos ni desgaste que dificulten su correcta utilización.
3. La unión entre sus elementos será firme, para evitar cualquier rotura
o proyección de los mismos.
4. Los mangos o empuñaduras serán de dimensión adecuada, no
tendrán bordes agudos ni superficies resbaladizas y serán aislantes en caso
necesario.
5. Las partes cortantes y punzantes se mantendrán debidamente
afiladas.
6. Las cabezas metálicas deberán carecer de rebabas.
7. Se adaptarán protectores adecuados a aquellas herramientas que lo
admitan.
8. Adoptar las siguientes instrucciones para el manejo de herramientas
manuales:
9. De ser posible, evitar movimientos repetitivos o continuados.
10. Mantener el codo a un costado del cuerpo con el antebrazo
semidoblado y la muñeca en posición recta.
11. Usar herramientas livianas, bien equilibradas, fáciles de sostener y
de ser posible, de accionamiento mecánico.
12. Usar herramientas diseñadas de forma tal que den apoyo a la mano
de la guía y cuya forma permita el mayor contacto posible con la mano.
Usar también herramientas que ofrezcan una distancia de empuñadura
menor de 10 cm., entre los dedos pulgar e índice.
13. Cuando se usan guantes, asegurarse de que ayuden a la actividad
manual pero que no impidan los movimientos de la muñeca o que obliguen
a hacer una fuerza en posición incómoda.
14. Durante su uso estarán libres de grasas, aceites y otras sustancias
deslizantes.
103
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 4. Estudio Básico de Seguridad y Salud
15. Los trabajadores recibirán instrucciones precisas sobre el uso
correcto de las herramientas que hayan de utilizar, sin que en ningún caso
puedan utilizarse con fines distintos para los que están diseñadas
CAÍDAS DE OBJETOS EN MANIPULACIÓN MANUAL
1. En la manipulación manual de cargas y el operario debe conocer y
utilizar las recomendaciones conocidas sobre posturas y movimientos
(mantener la espalda recta, apoyar los pies firmemente, etc.).
2. No deberá manipular cargas consideradas excesivas de manera
general (PL); según su condición, (mujer embarazada, hombre joven,
)según su utilización (separación del cuerpo, elevación de la carga, etc.).
3. Deberá utilizar los equipos de protección especial adecuado (calzado,
guantes, ropa de trabajo).
4. No se deberán manipular objetos que entrañen riesgos para las
personas debido a sus características físicas (superficies cortantes, grandes
dimensiones o forma inadecuada, exentos de sustancias resbaladizas, etc.).
5. A ser posible deberá disponer de un sistema adecuado de agarre.
EXPOSICIÓN A CONTACTOS ELÉCTRICOS INDIRECTOS
1. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios).No habrá humedades
importantes en la proximidad de las instalaciones eléctricas.
2. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios).Todas las masas con
posibilidad de ponerse en tensión por avería o defecto, estarán conectadas
a tierra.
3. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios).Los cuadros metálicos
que contengan equipos y mecanismos eléctricos estarán eficazmente
conectados a tierra.
4. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios).En las máquinas y
equipos eléctricos, dotados de conexión a tierra, ésta se garantizará
siempre.
104
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 4. Estudio Básico de Seguridad y Salud
5. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios).En las máquinas y
equipos eléctricos, dotados con doble aislamiento éste se conservará
siempre.
6. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios).Las bases de enchufe
de potencia, tendrán la toma de tierra incorporada.
7. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios).Todos los receptores
portátiles protegidos por puesta a tierra, tendrán la clavija de enchufe con
toma de tierra incorporada.
8. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios).Todas las instalaciones
eléctricas estarán equipadas con protección diferencial adecuada.
EXPOSICIÓN A CONTACTOS ELÉCTRICOS DIRECTOS
1. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) Mantener siempre
todos las cajas de conexiones cerradas.
2. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) Garantizar el
aislamiento eléctrico, de todos los cables activos.
3. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) Los empalmes y
conexiones estarán siempre aislados y protegidos.
4. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) La conexión a
máquinas se hará siempre mediante bornas de empalme, suficientes para el
número de cables a conectar.
5. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) Estas bornas irán
siempre alojadas en cajas registro, que en funcionamiento estarán siempre
tapadas.
6. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) Todas las cajas
registro, empleadas para conexión, empalmes o derivación, en
funcionamiento estarán siempre tapadas.
7. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) Todas las bases de
enchufes estarán bien sujetas, limpias y no presentarán partes activas
accesibles.
8. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) Todas las clavijas de
conexión estarán bien sujetas a la manguera correspondiente, limpias y no
presentaran partes activas accesibles, cuando están conectadas.
105
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 4. Estudio Básico de Seguridad y Salud
9. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) Todas las líneas de
entrada y salida Al inversor, contador, etc estarán perfectamente sujetas y
aisladas.
10. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) Cuando haya que
manipular en una instalación eléctrica: cambio de fusibles, etc., hacerlo
siempre con la instalación desconectada.
11. En baja tensión (B.T., menos de 1.000 Voltios) El personal
especializado para la realización de los trabajos empleará Equipos de
Protección Individual adecuados.
SOBREESFUERZOS FÍSICOS PUNTUALES
1. Siempre que sea posible la manipulación de cargas se efectuará
mediante la utilización de equipos mecánicos (Por equipo mecánico se
entenderá en este caso no sólo las específicas de manipulación, como
carretillas automotrices, puentes-grúa, etc., si no cualquier otro mecanismo
que facilite el movimiento de las cargas, como: a) Carretillas manuales b)
Transportadores c) Aparejos para izar d) Cadenas e) Cables f) Cuerdas g)
Poleas, etc.
2. La única forma de evitar el sobreesfuerzo es la utilización de
cinturones de protección (abdominales), así como tener en cuenta las
siguientes normas: a) Mantener los pies separados y firmemente apoyados.
b) Doblar las rodillas para levantar la carga del suelo, y mantener la espalda
recta. c) No levantar la carga por encima de la cintura en un solo
movimiento. d) No girar el cuerpo mientras se transporta la carga. e)
Mantener la carga cercana al cuerpo, así como los brazos, y éstos los más
tensos posible. f) Finalmente, si la carga es excesiva, pedir ayuda a un
compañero. g) Como medidas complementarias puede ser recomendable la
utilización de cinturones de protección (abdominales), fajas, muñequeras,
etc.
106
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 5. Desmantelamiento y Restitución
5. DESMANTELAMIENTO Y RESTITUCIÓN
5.1 OBJETO Y ANTECEDENTES DE DESMANTELAMIENTO
El objeto de este apartado es el de establecer las condiciones
necesarias para llevar a cabo la ejecución de los trabajos de
desmantelamiento y restauración del parque solar constituido por 3
instalaciones fotovoltaicas de 100Kw de potencia nominal de conexión a
red, en la finca “La Barberisca” situada en la parcela 56 del polígono 10 en
la localidad de Utrera (Sevilla), si éstos fuesen necesarios. Las
características de las instalaciones se muestran en el primer apartado de
memoria.
Se redacta siguiendo lo especificado en la Ley 7/2002, Ley de
Ordenación Urbanística de Andalucía, en concreto en la modificación de
dicha ley incorporada mediante la Ley 18/2003. En ella se añadió una nueva
disposición aparecida en BOJA de 31 de Diciembre de 2003 según la que se
establece que, durante el periodo de vigencia del Plan Energético de
Andalucía 2003-2006, las autorizaciones para los actos de construcción o
instalación de infraestructuras, servicios, dotaciones o equipamiento
vinculados a la generación mediante fuentes energéticas renovables, será
necesario presentar ante la Consejería de Empleo y Desarrollo Tecnológico
un proyecto desmantelamiento y restitución de los terrenos.
Con posterioridad, se publica la instrucción 4/2004 de la Dirección
General de Urbanismo en relación con los informes a emitir por la
Consejería de Obras Públicas sobre la implantación de Parques eólicos en
Andalucía, previstos en la disposición adicional séptima de la ley de
Ordenación Urbanística de Andalucía. En esta instrucción, que consideramos
también de aplicación en los proyectos de parques solares fotovoltaicos, se
menciona la autorización que debe emitir la Consejería de Empleo y
Desarrollo Tecnológico, donde deben incluirse las condiciones para el
cumplimiento de lo dispuesto en el apartado 6 del artículo 52, entre ellas la
107
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 5. Desmantelamiento y Restitución
prestación de garantía por una cuantía igual al importe de los gastos de
restitución de los terrenos a su estado original.
5.2 DESCRIPCIÓN DE LAS OBRAS DE DESMANTELAMIENTO.
Las fases de las obras de desmantelamiento son las siguientes:
• Desmantelamiento de la instalación eléctrica.
• Desmantelamiento de la infraestructura común de evacuación.
• Desmantelamiento de los sistemas de acondicionamiento de potencia.
• Desmantelamiento de los módulos fotovoltaicos
• Desmantelamiento de las estructuras soporte.
• Restauración vegetal y paisajística.
I. DESMANTELAMIENTO DE LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA.
La instalación eléctrica se realiza en distintos tramos: un primer
tramo de interconexión entre módulos con cables fijos a la estructura, un
segundo tramo, una red de canalizaciones o zanjas subterráneas hasta el
inversor y un último tramo, desde el inversor hasta el centro de
transformación, pasando por la caja de protección y medida y la acometida
(circuito AC), fijos sobre los paramentos verticales de los módulos
prefabricados habilitados para estos equipos.
Los trabajos de desmantelamiento de la instalación eléctrica
consistirán en:
• Desconexión de cableado de interconexión de módulos. Acopio en
camión para transporte, ya sea a vertedero autorizado o a otro
emplazamiento para su posterior reciclado/reutilización.
• Recuperación y transporte a vertedero autorizado de cableado
eléctrico instalado en arquetas bajo tubo. Acopio en camión y
transporte a vertedero autorizado o, al igual que en el caso anterior,
a otro emplazamiento para su posterior reutilización/reciclado.
• Desconexión y desmontaje de elementos de conexión y protección y
acopio en camión de transporte.
108
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 5. Desmantelamiento y Restitución
• Otro trabajo que forma parte del desmantelamiento de la instalación
eléctrica es el desmantelamiento de las zanjas por las que discurre el
cableado eléctrico de las instalaciones. De acuerdo con esto, con
posterioridad al desmontaje de las estructuras soporte de las
instalaciones fotovoltaicas se llevarán a cabo estos trabajos. Para
ello, se recuperarán todas las arquetas y se trasladarán, en
camiones, a vertederos autorizados. Por último, habrá que restituir
las zonas afectadas del terreno mediante relleno de zanjas.
II. DESMANTELAMIENTO DE SISTEMAS DE ACCIONAMIENTO DE
POTENCIA.
En paralelo al desmantelamiento de toda la instalación eléctrica se
desconectarán los inversores de todas las instalaciones. En el caso de este
campo solar, todos los inversores son equipos de grandes dimensiones, por
lo que será necesaria la ayuda de una carretilla elevadora o grúa para
acopiar los inversores en camión.
Los inversores serán trasladados para su posterior utilización y, si
ésta no es posible, se llevarán a vertedero autorizado.
III. DESMANTELAMIENTO DE INFRAESTRUCTURA COMÚN DE
EVACUACIÓN.
La infraestructura común de evacuación es objeto de un proyecto
independiente a los proyectos de ejecución de las instalaciones fotovoltaicas
que constituyen el parque solar y, una vez ejecutada dicha infraestructura,
ésta pasa a ser propiedad de la compañía distribuidora (en este caso, de
SEVILLANA ENDESA), en virtud de lo especificado en la Resolución de 23 de
Febrero de 2005 de la Dirección General de Industria, Energía y Minas de la
Junta de Andalucía.
No obstante, en este proyecto se describen los trabajos que serían
necesarios para proceder al desmantelamiento de dichas instalaciones.
109
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 5. Desmantelamiento y Restitución
En principio, es necesaria la desconexión de la extensión de la línea y
de toda la infraestructura común de evacuación del resto de la red de
distribución en el punto en el que se realiza la conexión en Media Tensión
para asegurar el buen funcionamiento de la red.
En segundo lugar, habrá que proceder al desmontaje de todos los
equipos, de los elementos que constituyen los centros de transformación y
de los postes y la línea de Media Tensión que se ejecuta como extensión de
la red de SEVILLANA ENDESA.
Para realizar los trabajos anteriores, se hará uso de un camión grúa
en el que se acopiarán todos los materiales y, a continuación, se
transportarán a vertedero autorizado.
IV. DESMANTELAMIENTO DE LOS MÓDULO FOTOVOLTAICOS.
Para llevar a cabo el desmontaje de los módulos que constituyen el
generador fotovoltaico, hay que tener en cuenta que éstos están unidos a la
estructura soporte mediante tornillería, en las cuatro esquinas de su marco.
Una vez desmontados, los módulos se trasladarán a un camión,
haciendo uso para ello de una carretilla elevadora y grúa.
En caso de la no reutilización de los módulos fotovoltaicos se podrán
utilizar medios mecánicos para el achatarramiento y compactación de los
mismos, con objeto de minimizar el volumen. En cualquier caso, los
módulos fotovoltaicos constituyen un sustrato completamente inerte y se
puede considerar como material de construcción, por lo que no requerirán
ningún tratamiento específico previo a su vertido en emplazamientos
autorizados.
110
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 5. Desmantelamiento y Restitución
V. DESMANTELAMIENTO DE LA ESTRUCTURA SOPORTE.
Para realizar el desmantelamiento de las estructuras soporte de los
módulos fotovoltaicos, el primer paso es el desmontaje y el achatarramiento
de los mismos.
Los materiales metálicos que se obtienen, se acopiarán y se cargarán
en camión con la ayuda de una carretilla elevadora y/o un camión grúa.
Posteriormente, es necesario trasladar estos materiales a un vertedero
autorizado.
VI. RESTAURACIÓN VEGETAL Y PAISAJÍSTICA.
Dado que el terreno que nos ocupa se trata de suelo agrícola y por
tanto con cambio de cultivo anual, su restauración a la situación original no
requiere ningún tratamiento de replantación arbórea, matorral ni cualquier
otra vegetación.
Aunque no se estima estrictamente necesario, se contempla la
posibilidad de un aporte de tierra vegetal en determinadas zonas más
afectadas del parque y el esparcimiento de semillas silvestres para acelerar
que aflore la vegetación en el terreno. Se estima un aporte de tierra vegetal
en torno a 1.000 m3.
111
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 5. Desmantelamiento y Restitución
112
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 6. Bibliografía
6. BIBLIOGRAFÍA
Lillo Isidoro; APUNTES DE CLASE BLOQUE DE ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA DE LA ASIGNATURA ENERGÍAS RENOVABLES CURSO
2006/2007. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS DE LA
UNIVERSIDAD DE SEVILLA.
Departamento de Energía Solar del IDAE; PLIEGO DE CONDICIONES
TÉCNICAS DE INSTALACIONES CONECTADAS A RED.
Falk Antony; FOTOVOLTAICA PARA PROFESIONALES: DISEÑO,
INSTALACIÓN Y COMERCIALIZACIÓN DE PLANTAS SOLARES
FOTOVOLTAICAS.
113
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 6. Bibliografía
114
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 7. Índice de Planos
7. ÍNDICE DE PLANOS
PLANO 1: REPLANTEO
PLANO 2: ESQUEMA UNIFILAR DE LA INSTALACIÓN
PLANO 3: CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
115
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW 7. Índice de Planos
116
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW Anexo de Catálogos y Documentación Técnica de equipos
ANEXO DE CATALÓGOS Y DOCUMENTACIÓN
TÉCNICA DE EQUIPOS
MÓDULO FOTOVOLTAICO STM-180 F
INVERSOR SOLARMAX 100C
ESTRUCTURA SOLAR GIANT II
CENTRO MONOBLOQUE PFU DE ORMAZABAL
TRANSFORMADOR 630 KVA/36 KV ORMAZABAL
117
Diseño de un Huerto Solar de 300 kW Anexo de Catálogos y Documentación Técnica de equipos
118
MÓDULO SOLAR STM 180 F / STM 185 F
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lo que nos obliga a utilizar sólo componentes
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STM 180 F STM 185 F
1000 W/m², STC:
Pmax 180 W 185 W
Isc 8,37 A 8,54 A
Uoc 30,0 V 30,2 V
Impp 7,6 A 7,7 A
Umpp 23,7 V 24,0 V
NOCT (800 W/m², 25 °C,Velocidad del viento 1m/s, AM 1,5) 47,5 °C
Coeficiente de Temperatura Isc 3,35 mA/°C
Coeficiente de Temperatura Uoc -0,096 V/°C
Tensión máxima del sistema 1000 V
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Lado de entrada (CC) Potencia CC* máxima 24 kW 33 kW 40 kW 45 kW 66 kW 105 kW 130 kW 400 kW Rango de tensiones MPP 430...800 VCC
Tensión de entrada máxima 900 VCC
Generador solar, rango de tensiones STC (ayuda para la determinación de la conexión modular de las cédulas de señal polo y mono)
540...635 VCC
Corriente de entrada 0...48 ACC 0...63 ACC 0...75 ACC 0...78 ACC 0...120 ACC 0...180 ACC 0...225 ACC 0 ... 720 ACC
Separación de corrientes < 4 % peak-peak
Característicasn Compacto inversor senoidal PWM
n Máxima efi ciencia
n Efi ciencia MPP mayor al 99%
n Procesador de señales digitales (DSP)
n Atractiva relación precio/rendimiento
n Bajo peso y poca necesidad de espacio
n Idóneo para ubicación sin calefacción
n Garantía de 2 años
n Opción de extensión de garantía hasta de 20 años
n Interfaz para MaxCommBasic integrado
n Opción MaxControl para alarma automática, supervisión del inversor y evaluación de datos de rendimiento
n SolarMax ha sido certifi cado por TÜV Rheinland
n Plazos de entrega dentro del período de planifi cación
n Hotline y servicio expreso
Lado de salida (CA) Potencia nominal 20 kW 25 kW 30 kW 35 kW 50 kW 80 kW 100 kW 300 kW Potencia máxima 22 kW 27.5 kW 33 kW 38.5 kW 55 kW 88 kW 100 kW 330 kW Tensión 3 * 400 +10% / -15% VCA
Corriente de salida 0...31 ACA 0...38 ACA 0...46 ACA 0...54 ACA 0...77 ACA 0...122 ACA 0...153 ACA 0 ... 459 ACA
Factor de potencia (PF) > 0.98 Frecuencia 50 +/- 1 Hz Factor de vibración < 3 %
Datos de sistema Consumo nocturno 2..7 W Rendimiento máximo 96 % Rendimiento europeo 94.8 % Temperatura ambiente - 20 °C ... 40° C Tipo de protección IP 20 Forma de conexión PWM (IGBT) con transformador Humedad relativa del aire 0...98 % sin condensación Según la CE EN 61000-6-2, EN 61000-6-4, EN 50178 Símbolo de verifi cación certifi cado por TÜV Rheinland Indicación Display LC de dos líneas con iluminación de fondo Comunicación de datos Interfaz RS232 / RS485 integrado Siones (anch x pro x alt) 57 x 57 x 117 cm 120 x 80 x 130 cm 2 x
120x80x180cm Peso 275 kg 275 kg 370 kg 370 kg 735 kg 805 kg 935 kg 2600 kg
*) dimensiones recomendadas sobre el 15% (estudio de ISE Fraunhofer) Reservados todos los derechos. Texto sujeto a modifi caciones o errores.
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El SolarGigant II ha sido concebido especialmente para su
aplicación en instalaciones fotovoltaicas de grandes dimen-
siones en espacio libre. En una superficie de hasta 50 m2
pueden distribuirse los módulos en un número variable de
filas y columnas. Al estar fabricado en aluminio, el sistema
SolarGigant II ofrece grandes posibilidades de ahorro en la
inversión de la instalación.
Aspectos ecológicos
El diseño del campo de módulos del SolarGigant II permite que suficiente luz
y humedad lleguen al área subyacente. En este área puede desarrollarse una
abundante y variada flora y la fauna correspondiente. De este modo, la
superficie a cubrir por la instalación fotovoltaica de grandes dimensiones no
sólo sirve para la generación de energía solar, sino que ofrecerá cobijo a
plantas y animales propios de la región.
Altura óptima
Dado que la distancia entre el borde inferior de los módulos y el suelo es de
aproximadamente 1,1 m1, el terreno puede ser aprovechado por ovejas y/o
cabras, por ejemplo. Debido a su altura, los módulos además no pueden ser
dañados ni ensuciados por los animales. A esta altura, los módulos también
están protegidos contra posibles acumulaciones de nieve.
Montaje rápido
Todos los elementos están preconfeccionados según el módulo elegido. Los
módulos sólo se tienen que deslizar en los perfiles de encaje desde arriba.
De esta manera, queda garantizado un rápido montaje.
Alta seguridad
A petición2 puede equipar el SolarGigant II con una estática examinable para
cumplir con el requisito para la solicitud de una licencia de construcción. La
capacidad de carga del sistema es conforme a la norma DIN 1055.
Máxima durabilidad
Todos los elementos están construidos en aluminio y acero inoxidable. Su
alto grado de resistencia a la corrosión garantiza una larga vida útil y permite
su total reciclaje.
Resistencia garantizada
Conergy ofrece una garantía de resistencia de los materiales empleados de
10 años.
FO
TO
VO
LT
AIC
A
Sistemas de montaje para la fotovoltaica | Datos técnicos
SolarGigant II
Soporte desuelo
Módulos conmarco
Vertical
Carga de nieve1,4 kN/m2
Garantía sobreel material
Horizontal
1 Variable a petición2 Con recargo (indíquese en el pedido)
FO
TO
VO
LT
AIC
A
Sistemas de montaje para la fotovoltaica | Datos técnicos
SolarGigant II
Cuadro de conjunto
Módulo fotovoltaico con marco
Perfiles de encaje para los módulos fotovoltaicos1
Travesaño
Soporte
Diagonal
Refuerzos
Base o placas pesadas2g
f
e
d
c
b
a
Datos técnicos del SolarGigant II:
Lugar de montaje Suelo
Carga de nieve Hasta carga de nieve 1,4 kN/m2, máx. 500 m sobre el nivel del mar
Módulos fotovoltaicos Con marco
Distribución de los módulos (estándar) 4 filas de a 7 módulos (28 módulos por bastidor)3
Orientación de los módulos Horizontal, vertical
Ángulo de inclinación 15°–35°
Tamaño del campo de módulos Máx. 10,0 x 5,0 m (ancho x alto)
Distancia borde inferior de los módulos - suelo 1,1 m4
Normas Cumple con la norma DIN 10555, Eurocode 9, parte 1.1
Perfiles del soporte Aluminio extrusionado (AlMgSi 0,5)
Piezas pequeñas Acero inoxidable (V2A)
Color Natural
Protección contra rayos Opcional, con recargo
Garantía 10 años en la resistencia de los materiales
1 Número de cabrios según número y tamaño de los módulos2 No incluido en el volumen de suministro; ofrecemos un cálculo de carga individualizado
(con recargo).3 Otras disposiciones son posibles si no se exceden las medidas máximas del soporte
y dependiendo de las medidas de los módulos.4 Variable a petición5 A petición con estática examinable, con recargo (por favor, indíquese en el pedido)
Puede ser adquirido en:
Para más información: www.conergy.com
Sujeto a cambios técnicos.
2005 © Conergy AG
SO
LA
R G
IGA
NT
II-T
D-E
SP
-06
02
a
b
b
c
c
d
e
g
fe
e
e
f
Los Centros de Transformación PFU constan de una envolventede hormigón, de estructura monobloque, en cuyo interior seincorporan todos los componentes eléctricos: desde laaparamenta de Media Tensión, hasta los cuadros de BajaTensión, incluyendo los transformadores, dispositivos de Controle interconexiones entre los diversos elementos.
Estos Centros de Transformación presentan como esencialventaja el hecho de que tanto la construcción, como el montajey equipamiento interior pueden ser realizados íntegramenteen fábrica, garantizando con ello una calidad uniforme yreduciendo considerablemente los trabajos de obra civil ymontaje en el punto de instalación. Además, su cuidado diseñopermite su instalación tanto en zonas de carácter industrialcomo en entornos urbanos.
UTILIZACIÓN
PRESENTACIÓN
Los Centros de Transformación PFU permiten la realización delos esquemas habituales de suministro eléctrico, que incorporenhasta 2 transformadores, con una potencia unitaria máximade 1000 kVA(1).
ÁMBITO DE APLICACIÓN INSTALACIÓN
PFU-5 con 2 transformadores de 1000 kVA
La instalación de los PFU es especialmente sencilla ya que lasoperaciones “in situ” pueden reducirse a su posicionamientoen la excavación, y al conexionado de los cables de acometida,que se introducen en los Centros a través de unos agujerossemiperforados en sus bases.
3
Centros de TransformaciónCentros Monobloque Tipo Caseta PFU
(1) Para otras condiciones, consultar a nuestro departamento Técnico-Comercial.
PFU-3 con 1 transformador
La entrada al Centro de Transformación se realiza a través deuna puerta en su parte frontal, que da acceso a la zona deaparamenta, en la que se encuentran las celdas de MediaTensión, cuadros de Baja Tensión y elementos de Control delCentro. Si las condiciones de explotación así lo exigen, esposible añadir una segunda puerta de acceso para personas,y establecer una separación física entre las celdas de laCompañía Eléctrica y las del Cliente.
Cada transformador cuenta con una puerta propia para permitirsu extracción del Centro o acceso para mantenimiento.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
MIE-RATUNE-EN 61330, RU 1303AUNE-EN 60298, RU 6407B
UNE 21428-1, HD 428, RU 5201DUNE 21538, HD 538UNE-EN 60439-1, RU 6302B
EXPLOTACIÓN
PFU-5 con 1 transformador y PFU-4
La envolvente de estos Centros es de hormigón armado vibrado,y se compone de 2 partes: una que aglutina el fondo y lasparedes, que incorpora las puertas y rejillas de ventilaciónnatural, y otra que constituye el techo.
Todas las armaduras del hormigón están unidas entre si y alcolector de tierra, según la RU 1303, y las puertas y rejillaspresentan una resistencia de 10 kΩ respecto a la tierra de laenvolvente.
El acabado estándar del Centro se realiza con pintura acrílicarugosa, de color blanco en las paredes, y color marrón entechos, puertas y rejillas.
CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS
4
Centros Monobloque Tipo Caseta PFU
Celdas CGM
CENTROS HASTA 36 kVPFU-3 PFU-4 PFU-5
Longitud [mm]Anchura [mm]Altura [mm]Superficie [m2]Altura vista [mm]
Longitud [mm]Anchura [mm]Altura [mm]Superficie [m2]
Longitud [mm]Anchura [mm]Profundidad [mm]
Peso [kg]
328023803240
7,82780
310022002550
6,8
40803180560
11000
44602380324010,7
2780
428022002550
9,4
52603180
560
12500
60802380324014,5
2780
59002200255013,0
68803180
560
18000
Dimensionesexteriores
Dimensionesinteriores
Dimensionesexcavación
NOTA: Dimensiones puerta de acceso: 900/1100 x 2100 mm.Dimensiones puerta de transformador: 1260 x 2100/2400 mm.
5
Centros de Transformación
CENTROS HASTA 24 kVPFU-3 PFU-4 PFU-5
Longitud [mm]Anchura [mm]Altura [mm]Superficie [m2]Altura vista [mm]
Longitud [mm]Anchura [mm]Altura [mm]Superficie [m2]
Longitud [mm]Anchura [mm]Profundidad [mm]
Peso [kg]
328023803045
7,82585
310022002355
6,8
40803180
560
10500
44602380304510,7
2585
428022002355
9,4
52603180
560
12000
60802380304514,52585
59002200235513,0
68803180560
17000
Dimensionesexteriores
Dimensionesinteriores
Dimensionesexcavación
Centros Monobloque Tipo Caseta PFU
Para transformadores de más de630 kVA se añaden unas rejillasde ventilación adicionales en lapared lateral.
6
PFU-31 transformador
PFU-4sin transformador
PFU-3sin transformador
3280
100
460
Altu
ra v
ista
2380
Vista Posterior
Arena de nivelación
3100
Celdas MT
2200
32802380
Vista Posterior
Arena de nivelación
3100
Celdas MT
2200Trafo
Cuadros BT
100
460
Altu
ra v
ista
Vista Posterior
Arena de nivelación
4480
4280
Celdas MT
2200
2380
100
460
Altu
ra v
ista
PFU-41 transformador
PFU-51 transformador2 puertas de acceso
Para transformadoresde más de 630 kVAse añaden unasrejillas de ventilaciónadicionales en lapared lateral.
Para transformadoresde más de 630 kVAse añaden unasrejillas de ventilaciónadicionales en lapared lateral.
7
Centros de Transformación
PFU-52 transformadores
Para transformadoresde más de 630 kVAse añaden unasrejillas de ventilaciónadicionales en lapared lateral.
4480 100
460
Altu
ra v
ista
2380
Vista Posterior
Arena de nivelación
4280
Celdas MT
2200Trafo
Cuadros BT
Vista Posterior
Arena de nivelación
6080
5900
Celdas MT
2200
100
460
Altu
ra v
ista
2380
Trafo Trafo
Cuadros BT
6080
100
460
Altu
ra v
ista
2380
Vista Posterior
Arena de nivelación
5900
Celdas MT
2200Trafo
Cuadros BT
Estos transformadores cumplen las siguientes características:
Transformadores trifásicos, 50 Hz para instalación en interioro en exterior.Sumergidos en aceite mineral de acuerdo a la normaUNE 21-320/5-IEC 296.(otros dieléctricos líquidos bajo pedido).Cuba de aletas.Refrigeración natural (ONAN).El color de la capa exterior será azul verdoso muy oscurodel tipo 8010-B10G según norma UNE 48103.(otros colores bajo pedido)
DESCRIPCIÓN
Desde 250 hasta 2500 kVA • Nivel de Aislamiento 36 kVTransformadores sumergidos en dieléctrico líquido
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS
4
Conmutador de regulación maniobrable sin tensiónPasatapas MT de porcelanaPasabarras BT de porcelana2 Terminales de tierraDispositivo de vaciado y toma de muestrasDispositivo de llenadoPlaca de característicasPlaca de seguridad e instrucciones de servicio2 Cáncamos de elevación4 Dispositivos de arriostramiento4 Dispositivos de arrastreDispositivo para alojamiento de termómetro
ACCESORIOS DE SERIE
ACCESORIOS OPCIONALES
Potencia en kVATensiónAsignadaRegulación sin TensiónGrupo de Conexión*Pérdidas en Vacío (W)*Pérdidas en Carga (W)*Impedancia de Cortocircuito % a 75° C *Intensidad de Vacío al 100% de Vn*Nivel de Potencia Acústica*Caída de Tensióna Plena Carga %
Rendimiento (%)
PrimariaSecundaria en Vacío*
cos ϕ = 1cos ϕ = 0,8cos ϕ = 1cos ϕ = 0,8cos ϕ = 1cos ϕ = 0,8
250
78035004,52,4621,53,798,397,998,698,2
400
112049004,52,2651,33,698,598,298,798,4
630
145066504,51,8671,23,598,798,498,998,7
800
17008500
61,6681,24,498,798,498,998,7
1000
200010500
61,5681,24,498,898,599,098,7
1250
236013500
61,4701,34,498,898,499,098,7
1600
280017000
61,3711,24,498,898,599,098,7
2000
330020200
61,2731,24,498,898,699,098,8
Tensión más Elevada para el Material 36 kV420 V entre fases en vacío
± 2,5 ± 5% ó +2,5 + 5 + 7,5 + 10% (otras regulaciones bajo contrato)Dyn 11
Carga100%Carga75%
2500
410026500
61
761,24,4
98,898,599,098,8
* Otras posibilidades bajo contrato
Estos transformadores cumplen con los requisitos de la seriede normas UNE 21.428, EN-60076, IEC 76(se fabrica con otras normas bajo pedido)
NORMAS
Termómetro de 2 contactosConmutador de cambio de tensión sobre tapa (maniobrablesin tensión)Ruedas orientables bidireccionalesPiezas de conexión BT (palas)Pasatapas MT enchufablesVálvula de sobrepresiónOtros dieléctricos líquidos (silicona, midel® 7131)Relé de protección (gas, presión y temperatura)Caja de conexionesCajón cubrebornasDispositivo de recogida del dieléctrico líquido.Accesorios transformadores con depósito de expansión:Depósito de expansión, nivel de aceite, desecador silicagel,relé Buchholz.
PIEZAS DE CONEXIÓN BT (PALAS) (mm)
DesignaciónPAT 1e/630PAT 1e/1000PAT 1e/2000PAT 1e/3150PAT 1e/4000
Transformadores Eléctricos de Distribución
5
Las dimensiones y pesosindicados en la tabla se dan atítulo de ejemplo paratransformadores inmersos enaceite mineral.
Dichos datos corresponden atransformadores de 250 a2500 kVA serie menor ó igualde 36 kV/420 V, y a lascaracterísticas eléctricasindicadas en la tabla precedente.Para otras tensiones, otrascaracterísticas eléctricas y otrosdieléctricos, las dimensiones ylos pesos pueden variar.
DIMENSIONESY PESOS
DIMENSIONES ESTÁNDAR (mm) (otras dimensiones bajo pedido)
* Densidad del aceite 0,88gr/cm3 a 20° C** Dimensiones sin el depósito de expansión.
Potencia en kVAA (Largo)B (Ancho)C (Alto a tapa)D1 (Alto a MT)D2 (Alto a BT)E (MT)F (MT)G (BT)H (BT)J (Carros)K (Ancho ruedas)Ø (Rueda)L (Rueda)PASABARRAS BT (d1 Métrica)PASABARRAS BT (Amp)VOL. ACEITE (Litros)*PESO TOTAL (Kg)
2501120880820130599615537514515067040125110M-20630240990
40014308909101395108616037515515067040125110M-206303001400
63015109109951480126917037514515067040125110M-3010004001800
8001780108010101495133518537515515067040125110M-4220005402270
10001860116010651550139018537515515067040125110M-4220005652455
12501870116011201605144519537516515082070200165M-4220005902585
1600**2080125013981883175818537517520082070200165M-48315011003920
2000**2140129015011986186121437520420082070200165M-48315014505520
2500**21401290150119861861214375204200
107070
200165
M-48 Cu400015605830
d1M20x2,5M30x2M42x3
M48x3
e323250
60
f º6080
100
120
PAT 1e/630 - 1000 - 20003150 y 4000
TERMINAL ENCHUFABLEACODADO
Nivel de Aislamiento 36 kV
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