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GESTION DEL MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAÍCAS

Montaje mecánico de estructuras e instalaciones solares

Módulo 6

Autor: Método Estudios Consultores, S.L.U. Edita: Método Estudios Consultores, S.L.U. “Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita del editor, la reproducción parcial o total de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares mediante alquiler o préstamo públicos”. © 2012 Método Estudios Consultores, S.L.U.

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Módulo 6. Montaje mecánico de estructuras en instalaciones solares

Índice Unidad 1. Técnicas a utilizar en los procesos de montaje mecánico. ............................... 3

1. Instalación eléctrica ......................................................................................................................... 3 2. Montaje de la estructura soporte. ................................................................................................. 3 3. Montaje del generador fotovoltaico. .............................................................................................5 4. Montaje del inversor ....................................................................................................................... 8 5. Puesta a tierra de la instalación .................................................................................................... 9 6. Operaciones de comprobación y verificación del estado general de todos los elementos de la instalación fotovoltaica antes de su entrega al propietario. .............................................. 9 7. Resumen de las normas generales del montaje de una instalación fotovoltaica conectada a la red. ................................................................................................................................................. 12

Unidad 2. Impermeabilización ...................................................................................... 13 Unidad 3. Montaje de paneles fotovoltaicos. .......................................................................... 14

1. Introducción. ................................................................................................................................... 14 2. Definición del lugar de ubicación. Condicionantes a imponer. ............................................... 14 3. Fabricación de la estructura. Distintos tipos. ............................................................................ 16 4. Cimentación y anclaje de la estructura. Distintos tipos. ......................................................... 22 5. Montaje y conexionado de paneles en campo. ......................................................................... 24 6. Montaje de sistema automático de seguimiento. Motorización. .......................................... 26 7. Unión con el cuarto de acumuladores. Montaje de baterías. ................................................. 26 8. Puesta en marcha de la instalación. ........................................................................................... 28

Unidad 4. Sistemas de acumulación ........................................................................................... 30

1. Los acumuladores. ......................................................................................................................... 30 2. Transporte y colocación. ............................................................................................................... 31 2. Conexionado. .................................................................................................................................. 31

Unidad 5. Sistemas de apoyo eólico ........................................................................................... 36

1. Introducción. ................................................................................................................................... 36 3. Estructuras de los sistemas eólicos. ........................................................................................... 38

Unidad 6. Sistemas de apoyo con grupo electrógeno .......................................................... 40

1. Introducción. ................................................................................................................................... 40 2. Selección de la potencia adecuada. ............................................................................................ 41 3. Selección del modelo. .................................................................................................................... 41

Unidad 7. Bombeo solar directo .................................................................................................... 43

1. Aplicaciones de bombeo. .............................................................................................................. 43 2. Componentes. ................................................................................................................................ 43 3. Cálculo de la demanda de energía. .............................................................................................. 44

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GESTIÓN DEL MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAÍCAS

UNIDAD 1. TÉCNICAS A UTILIZAR EN LOS PROCESOS DE MONTAJE MECÁNICO. 1. Instalación eléctrica Una instalación solar fotovoltaica es, en definitiva, una instalación eléctrica en la que nos encontraremos algunos de los elementos típicos constitutivos de una instalación eléctrica convencional, tales como magnetotérmicos, diferenciales, fusibles… Por este motivo, es conveniente que el instalador fotovoltaico esté familiarizado con el manejo de estos dispositivos. El instalador debe de estar igualmente familiarizado con el uso e interpretación de esquemas eléctricos, pues ésta será una herramienta fundamental para el correcto desarrollo de su profesión. El esquema eléctrico constituye el medio físico de comunicación entre el proyectista de la instalación y el instalador. En el esquema eléctrico debe quedar expresada la forma de ejecución de la instalación y estas ideas deben de ser interpretadas correctamente por parte del instalador. Los planos de la instalación comprenden diversos grados de detalle. Habrá planos de distribución, en los que se indicará el lugar de emplazamiento de cada equipo, hasta planos de detalle, en los que se mostrará la forma correcta de realizar el conexionado de los distintos equipos y que, generalmente, los proporcionará el fabricante de dichos equipos. 2. Montaje de la estructura soporte. Como ya se ha dicho anteriormente, la estructura soporte es la encargada de proporcionar al generador fotovoltaico la inclinación y orientación óptimas para conseguir la máxima captación de radiación solar. Por este motivo, a la hora de montar la estructura soporte habrá que tener en cuenta su ubicación y colocación. El montaje de la estructura soporte es la parte de la instalación fotovoltaica que suele requerir de más cantidad de medios humanos y materiales, debido principalmente a la obra civil necesaria. Por este motivo, el montaje de la estructura soporte habrá que planificarlo cuidadosamente. Ubicación de la estructura soporte El instalador debe de estar familiarizado con el uso de la brújula, para orientar correctamente la estructura soporte. Se comprobará que no se proyecten sombras sobre la superficie de captación del generador fotovoltaico durante las horas centrales del día en el lugar de emplazamiento y con la orientación de la estructura. Habrá que tener también en cuenta cuál será el recorrido aparente del Sol en la bóveda celeste para comprobar que el generador fotovoltaico quede libre de sombras.

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Otro detalle que el buen instalador ha de tener en cuenta es el impacto visual causado por el generador fotovoltaico. En este punto habrá que prestar especial interés a la opinión del propietario de la instalación para que se pueda ejecutar con su conformidad. Por último, cuando el instalador decida la ubicación de la instalación fotovoltaica también ha de tener en cuenta que ésta es susceptible de sufrir actos vandálicos. Por este motivo, es frecuente vallar el campo fotovoltaico, así como otros elementos de la instalación, como medida disuasoria de este tipo de actitudes. Ensamblado de la estructura soporte El ensamblado de la estructura soporte consiste en la unión por medios mecánicos de cada una de las partes que forman la estructura (bastidor, perfiles angulares, etcétera). El ensamblado se realiza frecuentemente mediante tornillos, arandelas planas, arandelas de seguridad y tuercas. El ensamblado de la estructura soporte suele venir convenientemente especificado en la documentación proporcionada por el fabricante de la misma. Anclaje de la estructura soporte El anclaje de la estructura soporte consiste en la fijación de la misma a un elemento de sustentación (suelo, mástil, paramento, cubierta) para dotarla de la estabilidad y resistencia necesarias para que puede ser capaz de soportar las cargas máximas de viento y nieve previstas en el lugar de emplazamiento de la instalación fotovoltaica. En el caso de que el elemento de sustentación de la estructura soporte sea el suelo o un mástil, habrá que realizar una cimentación. El técnico encargado del diseño de la instalación deberá estipular y describir el modo de ejecución de esta cimentación, pero se pueden seguir algunas directrices que se detallan a continuación. La profundidad mínima de apoyo de las zapatas, se determinará en función del grado de humedad y de la estabilidad del suelo frente a los agentes atmosféricos. En zapatas armadas, sobre la superficie limpia y horizontal del fondo de la excavación, se verterá una capa de hormigón de limpieza de espesor mínimo de 10 cm quedando enrasado a la cota prevista para la base de la zapata. El fondo de la excavación deberá ser homogéneo. Se eliminarán los elementos desiguales, compactando los huecos en caso necesario. Las armaduras se colocarán limpias, exentas de óxido no adherido, pintura, grasa o cualquier otra impureza o sustancia perjudicial. Quedarán fijas entre si de modo que no se desplacen durante el vertido y compactación del hormigón. El recubrimiento de hormigón será, como mínimo, de 40 mm.

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El vertido de hormigón se realizará desde una altura no superior a 1 metro, salvo que se realice mediante mangueras especiales, trompas de elefante, o sistemas adecuados que impidan la segregación. Se verterá y compactará por tongadas de 30 cm de espesor máximo, sin superar en ningún caso la longitud de la barra o vibrador de compactación, de modo que no se produzca su disgregación y que las armaduras no experimenten movimientos, quedando envueltas por la masa, sin dejar coqueras y manteniendo el recubrimiento especificado. Se evitará cualquier carga estática o dinámica que pueda provocar daños en los elementos recién hormigonados. Se suspenderá el hormigonado cuando la temperatura ambiente supere los 40ºC o cuando descienda de los 5ºC o se prevea que dentro de las 48 horas siguientes pueda descender por debajo de dicha temperatura, salvo la utilización de medios especiales. El curado se realizará manteniendo húmedas las superficies del hormigón, mediante riego directo que no produzca erosión (preferiblemente por aspersores), lavado y pérdida de lechada, o con el concurso de materiales o medios que retengan la humedad durante 7 días mínimo, hasta que el hormigón alcance el 70% de la resistencia especificada de proyecto. Antes de la excavación deberán comprobarse:

• Presencia o eliminación del agua de la excavación, drenajes. • Posición de conductos que interfieran. • Estado de construcciones contiguas que puedan ser afectadas y de los apeos o

apuntalamientos, en su caso. • Colocación de armaduras: identificación, número y diámetro de las barras, disposición,

longitudes de anclaje y solape, en su caso, separación entre barras y recubrimiento. • Hormigón: tipo y consistencia, altura de vertido, sistema de compactación, curado.

Temperatura máxima y mínima durante la fase de curado. Humedad superficial. No se abrirán zanjas o excavaciones con profundidad superior a 50 cm, inmediatas a la cimentación, sin el control de técnico competente. Si se apreciara cualquier anomalía imputable a la cimentación, o cuando se prevea alguna modificación que pueda alterar las propiedades del terreno se someterá el caso al dictamen de un técnico competente, antes de adoptar cualquier decisión. 3. Montaje del generador fotovoltaico. El generador fotovoltaico está compuesto por un determinado número de módulos fotovoltaicos. Por ello, para el montaje del generador fotovoltaico habrá que tener en cuenta la forma de unir los módulos físicamente entre sí y la forma de conectarlos eléctricamente para conseguir las características de tensión e intensidad requeridas por el proyectista de la instalación.

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Unión física de los módulos fotovoltaicos entre sí La unión física de los paneles entre sí consiste en la fijación de forma solidaria de un determinado número de módulos mediante medios mecánicos a perfiles angulares, cuadrados o en U y travesaños o largueros que se atornillan a los taladros practicados en los módulos para tal efecto. Esta unión supone en muchos casos poner en contacto dos materiales de distinta naturaleza; por ejemplo, si el marco del módulo está fabricado en aluminio y los perfiles de unión en acero. En esta situación podrían aparecer fenómenos de corrosión galvánica, por lo que habrá que utilizar materiales aisladores que impidan el contacto directo entre dichos materiales. Estos materiales pueden ser arandelas y cilindros fabricados en nylon o teflón. Los taladros practicados por el fabricante de los módulos suelen ser de tipo oblongo, lo que facilita enormemente la unión de los módulos entre sí, ya que esta pequeña holgura permitirá al instalador corregir pequeños errores que pudieran haberse producido en la medida de las distancias entre taladros. Para unir los módulos fotovoltaicos entre sí se utilizarán únicamente los taladros perforados a tal efecto en el marco del módulo por el fabricante del mismo. No se realizarán nuevos taladros, ya que se podría dañar el tratamiento superficial del marco, con lo que el módulo quedaría expuesto al ambiente corrosivo. Además, si se practicasen nuevos taladros, se podría dañar el cristal del módulo, dejándolo inservible. Las operaciones de unión de los módulos entre sí pueden requerir que haya que apoyarlos sobre su cara frontal, por lo que habrá que adoptar las medidas que en cada caso se consideren más convenientes y manipularlos con especial cuidado para evitar el deterioro de la superficie de captación de los mismos. Para ello se pueden apoyar los módulos sobre caballetes o sobre cartones limpios, por ejemplo. Unión física de los módulos fotovoltaicos con la estructura soporte Una vez que los paneles se hayan unido entre sí, se puede proceder a unir un grupo de paneles con la estructura soporte. Debido al peso y al tamaño que pueden alcanzar este grupo de paneles, la operación de unión con la estructura soporte puede requerir de la intervención de varias personas. En el caso de que la estructura soporte se encuentre en altura será conveniente utilizar medios mecánicos de elevación de los paneles, como grúas. En otros casos, para el izado de los paneles será suficiente con la ayuda de escaleras o andamios. En cualquier caso, el instalador debe de tomar las medidas de seguridad oportunas para el trabajo en altura. Conexión eléctrica de los módulos fotovoltaicos Por último, se procederá a la conexión eléctrica de los distintos módulos fotovoltaicos entre sí para obtener en terminales del generador las características eléctricas de tensión e intensidad especificadas por el proyectista en la fase de diseño del mismo.

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En la parte posterior de los módulos fotovoltaicos encontramos la caja de conexiones, que es donde se realiza la conexión en serie y en paralelo de los módulos que forman el generador fotovoltaico. Para evitar posibles errores que pudieran tener lugar durante el conexionado de los módulos fotovoltaicos se recomienda hacer uso de planos o esquemas que muestren la disposición física de los módulos y el cableado entre los mismos. Esto será especialmente útil en aquellos grandes generadores fotovoltaicos formados por varias cadenas en paralelo que a su vez estarán formadas por varios módulos en serie. A continuación se muestra un ejemplo de un generador fotovoltaico formado por un total de 40 módulos. Se conectarán en paralelo dos ramas de módulos fotovoltaicos. Cada una de estas ramas estará formada por la conexión en serie de 20 módulos fotovoltaicos. Con esto se pretende que el lector se familiarice con la visualización de planos de conexión. Obsérvese la forma de conexión de los terminales.

RAMA 120 módulos en serie 20 módulos en serie

RAMA 2

Los cables de conexión más comúnmente empleados para el conexionado de módulos fotovoltaicos entre sí son el cableado tipo manguera y el cableado alojado bajo tubo flexible. La elección de uno u otro tipo de cableado dependerá del tipo de caja de conexión. En cualquier caso, el cableado elegido debe adaptarse perfectamente a los prensaestopas de las cajas de conexión. Cuando el generador fotovoltaico está formado por un número considerable de módulos, es habitual realizar en sus cajas de conexión sólo la conexión en serie de los mismos, mientras que la conexión en paralelo de las distintas ramas se realiza en una caja de conexiones exterior que no pertenece a ninguno de los módulos que forman el generador. A esta caja de conexiones exterior se le suele denominar caja principal de conexiones. Además, en la caja principal de conexiones se suelen alojar los diodos de bloqueo, varistores, fusibles, magnetotérmicos y otros elementos de protección de la instalación. Es conveniente que esta caja sea accesible, lo que facilitará las tareas de mantenimiento de la instalación fotovoltaica.

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4. Montaje del inversor De cara al montaje del inversor en una instalación solar fotovoltaica conectada a red tendremos en cuenta su ubicación y su conexión. Ubicación del inversor Con objeto de disminuir las pérdidas en la línea de corriente continua, se procurará que ésta tenga la menor longitud posible. Así pues, el inversor se colocará lo más cerca que se pueda del campo de generación. La mayoría de los inversores para conexión a red son aptos para su colocación en intemperie. Si este no fuera el caso, el inversor se podría alojar en una caja estanca apropiada para tal efecto. La fijación de los inversores se lleva a cabo habitualmente sobre paramentos verticales haciendo uso de tornillos o alcayatas. Los inversores son equipos de un peso considerable (un inversor de 5 kW de potencia nominal puede pesar en torno a los 70 kg) por lo que habrá que tener en cuenta el material y el estado de la superficie del paramento al que se va a fijar el inversor. Los inversores suelen disponer de los taladros necesarios para su fijación, por lo que no se recomienda practicar nuevos taladros, ya que se podría dañar el equipo. Habrá que prestar atención a las indicaciones de instalación facilitadas en la documentación suministrada por el fabricante del inversor, especialmente en lo que se refiere a las condiciones de ventilación. El instalador debe comprobar que la rejilla de ventilación del equipo no quede obstruida. Conexionado del inversor Para el conexionado del inversor se aconseja, una vez más, seguir detalladamente las indicaciones del fabricante del mismo; aunque es una operación sencilla y que no presenta mayor complicación. El inversor dispone de dos terminales de entrada de corriente continua, uno positivo y otro negativo, para conectar el cableado procedente del campo fotovoltaico. Habrá que prestar atención a las polaridades de los terminales para conectarlos correctamente. Además, el inversor contará también con dos o tres terminales de salida de corriente alterna (terminales de fase, neutro y tierra). Estos terminales permitirán la conexión del inversor con la red de distribución de la compañía eléctrica. Los terminales de los inversores se identifican mediante símbolos de sencilla comprensión impresos en la superficie del equipo y que, en cualquier caso, vendrán especificados en la documentación facilitada con el equipo.

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Los terminales de los inversores de media y gran potencia suelen ser de tipo atornillado. En los inversores de pequeña potencia nos encontramos con gran variedad de tipologías de terminales. Por último, hay que recordar que las tensiones que nos encontramos tanto a la entrada como a la salida del inversor están fuera del rango de seguridad para las personas. Por ello, el instalador ha de adoptar las medidas de precaución necesarias al trabajar tanto con corriente alterna como con corriente continua. 5. Puesta a tierra de la instalación Las puestas a tierra se establecen principalmente con objeto de limitar la tensión que, con respecto a tierra, puedan presentar en un momento dado las masas metálicas, asegurar la actuación de las protecciones y eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos utilizados. En las instalaciones fotovoltaicas las puestas a tierra se realizan, generalmente, mediante conductor de cobre desnudo de 35mm2 de sección o mediante picas o combinación de los dos métodos anteriores. 6. Operaciones de comprobación y verificación del estado general de todos los elementos de la instalación fotovoltaica antes de su entrega al propietario. El operario encargado del montaje de una instalación fotovoltaica debe comprobar el estado general de todos los elementos que la forman antes de entregarla al propietario. Además, se recomienda que, transcurridos unos días desde la puesta en marcha de la instalación, el operario realice una nueva comprobación del estado de los elementos pues ahora podrían evidenciarse algunas imperfecciones que pasasen desapercibidas durante la primera verificación. El propietario sabrá apreciar la profesionalidad del operario en estos pequeños detalles de atención al cliente y, de todos es sabido, que la mejor publicidad es un cliente satisfecho. Comprobación de la estabilidad Se trata de comprobar el estado de sujeción general de los módulos fotovoltaicos a la estructura soporte y la estabilidad y rigidez de la misma. En primer lugar se comprobará que no se hayan producido aflojamientos en la fijación de los módulos fotovoltaicos a la estructura soporte. Esta operación se realizará de forma visual e intentando mover manualmente y con suavidad los módulos fotovoltaicos. En caso de haberse producido aflojamientos se procederá al apriete de los elementos de sujeción. A continuación se procederá a la comprobación del estado general de sujeción de la estructura soporte. Se realizará igualmente de forma visual. No deben de aparecer grietas en la cimentación de la estructura soporte o en la superficie de sustentación de la misma (en

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caso de que esté instalada sobre fachada o cubierta). Por último, habrá que comprobar que los elementos que forman la estructura soporte no sufren deformaciones que pudieran poner en peligro la estabilidad de la misma. Comprobación de las características eléctricas del generador fotovoltaico En este apartado se van a explicar los procedimientos a seguir para comprobar que los valores de tensión e intensidad obtenidos a la salida del generador fotovoltaico se corresponden con los valores esperados en el proyecto. Para realizar esta comprobación el técnico debe de conocer los parámetros característicos de los módulos fotovoltaicos empleados así como la conexión serie-paralelo de dichos módulos. Las herramientas empleadas serán: un solarímetro, un polímetro y una pinza amperimétrica. Para realizar esta operación, los terminales positivo y negativo de la caja principal de conexiones del generador fotovoltaico estarán desconectados del resto de la instalación. La comprobación de las características eléctricas del generador fotovoltaico se realizará, a ser posible, en las horas centrales de un día soleado. Para las condiciones de radiación y temperatura del día y momento considerado y a partir de la característica tensión-intensidad facilitada por el fabricante del módulo, se calcularán para un módulo la tensión de circuito abierto y la intensidad de cortocircuito tal y como se explicó en el tema anterior. Ahora multiplicaremos la tensión de circuito abierto real medida con el polímetro por el número de módulos en serie que hay en cada rama en paralelo del generador fotovoltaico. El valor obtenido mediante esta operación debe de coincidir con el valor medido entre los terminales de la rama. A continuación comprobaremos que la corriente que circula por una rama del generador fotovoltaico es igual a la corriente de cortocircuito real de un módulo medida anteriormente. Comprobación del estado general de los elementos de conexión del campo fotovoltaico Se van a explicar aquí los procedimientos a seguir para comprobar la estanqueidad y buena conservación de los elementos de conexión de la instalación fotovoltaica. Para esta operación de mantenimiento pueden ser necesarios: un juego de destornilladores de distintos tamaños, cinta selladora y grasa protectora contra la corrosión. Habrá que comprobar el estado del cableado del campo fotovoltaico, verificando el buen estado de conservación del mismo. Se comprobará que no se haya producido deterioro del cableado debido a la radiación ultravioleta de la luz solar ni deterioro provocado por esfuerzos de cizalladura.

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Se realizarán suaves tirones de los cables para comprobar que no se haya producido su aflojamiento en las cajas de conexión de los módulos fotovoltaicos ni en la caja de conexión principal del campo fotovoltaico. En caso de haberse producido aflojamientos se procederá a su apriete. Se comprobará la estanqueidad de las cajas de conexión. En caso de duda se procederá a su sellado con cinta. Se comprobará, asimismo, que no hayan aparecido indicios de corrosión. En ambientes adversos puede utilizarse grasa anticorrosión o alguna otra sustancia adecuada para tal fin. Limpieza de los módulos fotovoltaicos En el momento de la entrega de la instalación fotovoltaica los módulos deben tener un buen estado de limpieza, ya que la suciedad acumulada sobre ellos reduce su rendimiento. Además, se recomienda limpiar periódicamente los paneles para evitar pérdidas por reducción del rendimiento; aunque esto es ya tarea propia del mantenimiento de la instalación, que se verá en la unidad didáctica correspondiente. La limpieza de los módulos fotovoltaicos se realizará utilizando productos no abrasivos para evitar que se dañe la superficie de los mismos. Puede emplearse jabón, agua y un paño suave. La operación de limpieza se realizará preferentemente cuando la superficie de los módulos fotovoltaicos no esté caliente. Operaciones generales para la comprobación del correcto funcionamiento del inversor En primer lugar se comprobará que la sujeción del aparato es firme, que no se hayan producido aflojamientos que pongan en peligro su estabilidad. En caso de haberse producido aflojamientos, habrá que proceder al apriete de los elementos de sujeción. No cubra el inversor ni obstruya la rejilla de ventilación del mismo, ya que podrían aparecer problemas de disipación de calor que disminuirían el rendimiento de la instalación. A continuación se comprobará mediante pequeños y suaves tirones que las conexiones del cableado son firmes. Si no fuera este el caso, habrá que proceder a apretarlos. Se comprobará también el buen estado de los cables. Éstos no deben de estar sometidos a esfuerzos que puedan dañar su recubrimiento. Comprobación del estado del cableado de la instalación eléctrica Se comprobará el correcto estado del cableado y de sus conducciones en toda la instalación. En caso de presentar signos de deterioro habrá que proceder a reemplazarlo.

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7. Resumen de las normas generales del montaje de una instalación fotovoltaica conectada a la red. A continuación se resumen algunas normas que el instalador ha de tener en cuenta a la hora de realizar el montaje de una instalación solar fotovoltaica conectada a red.

• Todos los materiales empleados en la instalación deben de cumplir unos requisitos mínimos de calidad especificados en las normas correspondientes.

• La estructura soporte debe proporcionar a los módulos fotovoltaicos la orientación e inclinación óptimas para la máxima captación energética, según lo detallado en el proyecto de diseño de la instalación.

• La estructura soporte deberá ser capaz de resistir las cargas máximas de viento y nieve previstas en el lugar de emplazamiento de la instalación fotovoltaica.

• Se evitará, en la medida de lo posible, que se proyecten sombras sobre la superficie del generador fotovoltaico, especialmente en las horas centrales del día cuando la radiación incidente es máxima.

• No se realizarán taladros, ni operaciones de corte sobre los elementos de la estructura soporte galvanizada ya que se dañará el recubrimiento superficial que la protege de los fenómenos de corrosión.

• Tampoco se realizarán taladros en los marcos de los módulos fotovoltaicos, pues se podría dañar el cristal de los mismos.

• Las cajas de conexión de los módulos fotovoltaicos deben tener un grado de protección adecuado para la instalación en intemperie.

• Se utilizarán las secciones de conductor detalladas en el proyecto de diseño de la instalación. Si se usasen secciones menores aumentarían las pérdidas en las líneas y se producirían calentamientos que podrían llegar a ser inaceptables.

• Los conductores se alojarán en el interior de tubos, ya sea al aire o enterrados. • Se utilizarán los terminales de conexión adecuados para cada equipo, según las

especificaciones del fabricante de los mismos. • Los inversores se situarán lo más cerca posible del campo de generación para reducir

las pérdidas en la línea de corriente continua. • Los inversores con ventilación forzada hacen circular por su interior una corriente de

aire que se emplea para su refrigeración. Si esta corriente de aire contiene suciedad puede provocar averías en el inversor. Por lo tanto, estos inversores deben instalarse en ambientes limpios.

• Cuando las distancias son grandes se recomienda trabajar con tensiones elevadas para reducir la intensidad que circula por las líneas y así disminuir las pérdidas.

• Si la instalación fotovoltaica se ubica en una zona donde las tormentas son frecuentes, se recomienda el uso de varistores para derivar a tierra picos de tensión inducidos en las líneas que podrían dañar los equipos electrónicos como los inversores, especialmente sensibles a estos fenómenos.

• Al cabo de unos días de haber montado la instalación, es conveniente proceder al reaprite de los tornillos y de los terminales pues, en general, suelen sufrir aflojamiento.

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UNIDAD 2. IMPERMEABILIZACIÓN El aprovechamiento de la energía solar está condicionado por sus características, discontinuidad, intensidad difícil de controlar, con lo cual tenemos que considerarla a esta energía como un complemento al sistema convencional y complementado con algún sistema de almacenamiento. Resumiendo la energía solar es gratuita (de momento) inagotable y limpia, es intermitente puesto que existe la noche, es decir las horas valle estarían al revés de la famosa tarifa nocturna. Es una energía incontrolable, no se adapta a nuestro consumo puesto que en verano que es cuando menos la necesitamos más tenemos y viceversa y aparte tenemos el inconveniente y máximo en nuestra latitud geográfica que es de intensidad baja aproximadamente sobre 1000 Kcal/h por metro cuadrado de captador, aparte de ello, dicha captación por veces se ve influenciada de forma negativa por aspectos meteorológicos tales como lluvia, polución atmosférica, nubes etc. A la hora de calcular tenemos que tener en cuenta el efecto esperado llamado invernadero, dicho efecto consiste en impedir que se marche el calor al exterior de la radiación emitida por la superficie del objeto lo cual se consigue, merced a un simple cristal, de aquí uno de los principios del absorbedor (Panel o placas solares, así como de su rendimiento).Poniendo un cristal incrementamos la temperatura de la superficie absolvedora o receptora, imitando así el efecto similar producido por la atmósfera en la naturaleza. El aislamiento térmico también juega un gran papel en este tipo de instalaciones, se trata de aprovechar todos los tantos de la baraja y no desperdiciar nada. El aislamiento en un captador por ejemplo se sitúa entre la caja y la placa absorvente reduciendo las pérdidas de calor por trasmisión, en las partes lateriales y trasera o posterior. El material a utilizar suele ser poliestireno, fibra de vidrio u otros de similares características. Lo que si el aislante debe soportar o aguantar en este caso grandes temperaturas 1000ºC, tampoco debe emanar vapores a la acción del calor ni perder sus propiedades en el caso de frío, lluvia u humedad. Este tema lo trataremos puntualmente en los apartados correspondientes para facilitar de este modo su comprensión.

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UNIDAD 3. MONTAJE DE PANELES FOTOVOLTAICOS. 1. Introducción. En las instalaciones fotovoltaicas, los aspectos generales de organización y desarrollo del proceso del montaje. Una vez obtenida la conformidad del cliente y habiéndose fijado de común acuerdo por ambas partes una fecha de comienzo y conclusión de los trabajos (con los márgenes necesarios) el instalador ha de planificar todo el proceso de montaje, hasta el más pequeño detalle, conociendo las exigencias contenidas en el proyecto y de las características del montaje a realizar. Las decisiones más complejas son la ubicación de los paneles y de los acumuladores. La estructura soporte de los paneles estará determinada por el tipo de paneles a emplear, el conexionado entre ellos y los condicionantes del lugar de colocación. Este esqueleto se recomienda realizarlo en el taller. Incluso existen diversos Kits completos de montaje con instrucciones paso a paso capaces de ser seguidas por el propio usuario y, con un poco de habilidad, ahorrarse la mano de obra. En ocasiones hay que cambiar sobre la marcha algún aspecto menor del proyecto al comprobar que existe alguna dificultad. Por ejemplo, un paramento que no podría soportar sobre ella un cuadro de mandos o una cubierta inadecuada para recibir los anclajes de la estructura de los paneles. No existe un proceso único de montaje aunque determinadas fases del mismo deben ser ejecutadas previamente a otras. En general, para el montaje de los paneles podríamos seguir los siguientes pasos:

• Definición del lugar de ubicación. Condicionantes a imponer. • Fabricación de la estructura. Distintos tipos. • Cimentación y anclaje de la estructura. Distintos tipos • Montaje y conexionado de paneles en campo. • Montaje de sistema automático de seguimiento. Motorización. • Unión con el cuarto de acumuladores. Bancadas de baterías • Puesta en marcha de la instalación.

2. Definición del lugar de ubicación. Condicionantes a imponer. Es necesario visitar previamente el lugar de instalación con el fin de estudiar, reflexionar y decidir la ubicación de los distintos elementos.

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Debemos tener en cuenta los siguientes condicionantes:

a. La orientación del campo de captadores. b. La inclinación de la superficie soporte. c. Situación de filas de paneles. d. Los aspectos arquitectónicos y visuales. e. Las distintas posibilidades de montaje. f. Técnica de montaje y calidad de materiales a emplear. g. Fluctuaciones de temperatura en la zona. h. Aspectos meteorológicos de la zona (lluvia, granizo, carga de viento, nieve o niebla). i. Radiación ultravioleta de la zona. j. Posibles sustancias perjudiciales en el ambiente (sal en zonas costeras, azufre en

zonas mineras) k. Picoteo de pájaros. l. Ubicación del conjunto de baterías y acumuladores.

Si se usan estructuras galvanizadas, la capa de zinc ha de ser de alta calidad ya que se podría corroer durante los 25 años de duración media de vida útil de la instalación. Para los pequeños componentes de sujeción, podrían usarse elementos de aluminio o acero inoxidable. Es necesario situar los paneles orientados hacia el sur . Es admisible desviar los paneles 20º hacia el Este o el Oeste, cuando la existencia de sombras o condicionantes del lugar obliguen a ello. Se ha de considerar la facilidad de acceso para el montaje y mantenimiento de los paneles. La inclinación se ajustará a los valores recomendados:

• En instalaciones con consumos constantes a lo largo del año, es preferible optimizar la instalación para captar la máxima radiación durante los meses invernales, usando inclinaciones iguales a la latitud del lugar más 15º.

• En instalaciones con consumos inferiores en invierno se puede usar como inclinación la latitud del lugar optimizándola manualmente para primavera y otoño.

• Si se usa sólo en verano la inclinación será igual a la latitud menos 10º. Si existen sombras las células se comportarán como disipadores de energía, no como generadores. En esta situación, la temperatura del panel se eleva y se producen averías a pesar de usar diodos by-pass. Par evitarlas, observar las mayores sombras que se producen en la segunda quincena de diciembre. Los acumuladores deberán colocarse lo más cerca posible de los paneles con el fin de reducir la longitud del cableado y evitar las caídas de tensión y costes excesivos. No es lo mismo instalar las estructuras sobre cubiertas con inclinación que sobre superficies planas o, incluso, en vertical. También es diferente la instalación sobre el suelo que sobre en

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una cubierta. Por último, hay que considerar si la instalación se realiza en una edificio nuevo, rehabilitado, suntuoso, religioso, administrativo, etc. Si en el lugar existen bandadas de pájaros, sus excrementos pueden no sólo producir opacidad en los paneles sino la completa corrosión de las estructuras soporte. Incluso pueden aparecer problemas de rotura de paneles por picoteo de esos animales. En zonas costeras por la salitre, lugares donde exista azufre en el ambiente, zonas de intenso viento o intensa radiación ultravioleta en necesario que las estructuras estén preparadas para ello. Por último, es muy importante que el instalador prevea la seguridad personal de los operarios cumpliendo las normas de seguridad e higiene en el trabajo. 3. Fabricación de la estructura. Distintos tipos. En las instalaciones grandes la forma de la estructura viene definida por el tipo de paneles, el conexionado entre ellos y las condiciones del lugar. En las instalaciones pequeñas se utilizan estructuras normalizadas, generalmente suministradas por el fabricante del panel usado. En su fabricación, debemos tener en cuenta las siguientes consideraciones previas generales:

• La forma de la estructura tendrá en cuenta la inserción en ella de los paneles, altura sobre el suelo y separación entre filas.

• La posición de los paneles deberá prever una separación entre ellos superior a 3 cm. Para dejar pasar el aire y reducir las cargas del viento.

• La posición de los paneles facilitará su interconexión. • No permitirán la retención de agua de lluvia. • Permitirán su montaje en distintos ángulos de inclinación, según la latitud del lugar. • Calcular la posibilidad de ampliación con sencillez

Así tendremos los siguientes tipos de estructuras para los siguientes montajes:

• Montaje sobre el suelo o en pérgolas. • Montaje sobre cubiertas planas. • Montaje sobre cubiertas inclinadas. • Montaje integrado en las cubiertas. • Montajes en fachadas. • Montajes sobre paredes verticales. • Montajes sobre mástiles.

Montaje sobre el suelo o en pérgolas Si la instalación se realiza sobre el suelo se tendrán en cuenta las siguientes ventajas e inconvenientes:

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Ventajas:

a. Las estructuras son muy robustas. b. Pueden aplicarse procedimientos de amarre de gran resistencia y sencillez. c. Los montajes son más sencillos. d. Sirven como cocheras, pérgolas, refugios de bicicletas, tendederos de ropa, etc.

Inconvenientes:

a. Posibilidad de daños por vandalismo. b. Hay más problemas por sombras. c. Uso de sobre-apoyos de refuerzo en zonas de nieves

Montaje sobre cubiertas planas En estos casos podrá obtenerse el ángulo óptimo mediante el esqueleto adecuado. El espacio mínimo entre paneles depende de aquel ángulo y del lugar de ubicación. Prever un espacio mínimo de 1,5 m alrededor de los paneles para efectuar labores de mantenimiento y reparación. Según las condiciones climáticas del lugar, tomar precauciones para el deslizamiento de la nieve siendo recomendable dejar un espacio de 30 cm. hasta la cubierta. Dentro de este tipo podemos encontrarnos con: Cubiertas planas con soportes separados poca distancia. Se emplean perfiles de acero o vigas de celosía de forma similar a un andamio. La distancia y número de soportes han de determinarse en cada caso optimizando el número de perforaciones necesarias y consiguiendo costes muy económicos de alrededor de 75€/m2 de superficie de captación. Cubiertas planas con soportes separados mucha distancia. En caso de cubiertas que no permiten soportes intermedios o sólo en pocos puntos, se necesitan estructuras robustas que rondan los 225€/m2 de área de captación. Aquí también es posible reducir costes usando vigas de celosía estándar (para andamios). En estos casos debemos tener en cuenta:

• Que debemos asegurar la impermeabilidad al agua. • Dimensionar las vigas teniendo presente las cargas dinámicas del viento y nieve. • Evitar puentes térmicos mediante el aislamiento adecuado. • Usar elementos prefabricados o construirlos expresamente para ubicar pasamuros de

cables. Montaje en cubiertas inclinadas Si la instalación se realizará encima de cubiertas inclinadas su ángulo de inclinación suele ser el mismo que aquella. Mientras el ángulo de inclinación este comprendido entre 20º y 50º la disminución del aporte solar anual será del 5% con respecto al óptimo.

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Así, los captadores se sujetan firmemente a la estructura mediante ganchos para tejado y perfiles de montaje, dejando pequeños espacios entre los captadores y la propia cubierta. Se tendrán en cuenta las siguientes ventajas e inconvenientes: Ventajas:

a. Sólo es necesario manipular la cubierta una sola vez. b. La cubierta mantiene su impermeabilidad. c. Requiere menos trabajo. d. Es más económico. e. Los captadores pueden sustituirse con facilidad. f. Menor accesibilidad frente a acciones vandálicas.

Inconvenientes:

a. El peso del captador es una carga adicional sobre la cubierta. b. Impresión visual negativa. c. Mayor resistencia al viento que a nivel de tierra.

Además, se seguirán las siguientes recomendaciones:

• Las tejas no se deben taladrar ni pegar con silicona. • Los ganchos y perfiles deben estar protegidos contra la corrosión. • Consultar a especialistas si el montaje será sobre pizarras frágiles.

Montaje integrado en las cubiertas Si el montaje se realiza de forma integrada (directamente) en la cubierta inclinada del edificio formarán parte del encofrado del mismo. Visualmente parecerá una parte de la cubierta y estará rodeado de un marco a modo de claraboya. Ventajas:

a. No hay problemas de carga ya que los paneles son menos pesados.

b. Mucho más estéticos. c. Requiere menos trabajo. d. Menos coste en tejas, pizarras, etc.

Inconvenientes:

a. Los costes de mano de obra son mayores que los anteriores.

b. Sustitución de los captadores más complicada. c. Grados de inclinación mayores de 20º para

asegurar la impermeabilidad.

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Además, se seguirán las siguientes recomendaciones:

• Examinar atentamente los marcos suministrados. • Las tejas deberán tener una superposición mínima. • Las tejas han de ajustarse al marco. • Usar una manguera de riego para comprobar la impermeabilidad. • Sellar la lámina inferior después de haberla atravesado con los cables.

Montaje en fachadas. Los captadores planos pueden instalarse en ángulos diferentes al de la fachada sirviendo de esta manera como elementos de sombra, parapetos de balcón o antepecho de terrazas. Varios fabricantes ofrecen sistemas de jambas y pestillos.

Montajes en paredes verticales Está técnica es especialmente útil para potencias pequeñas. Permiten estructuras ligeras, ya que la pared proporciona un firme y sencillo punto de anclaje, además, los riesgos de las cargas producidas por el viento se ven muy reducidos ya que se presionarán los paneles contra su asiento.

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Montajes sobre mástiles. Usados en sistemas de pocos paneles, con áreas en torno a 1 m2. Es sensible a la acción del viento y la frecuencia de las vibraciones producidas por éste. Usado comúnmente para alimentación de en repetidores de radio, TV, gap Fillers etc. El procedimiento de fabricación de la estructura debe tener en cuenta los problemas y condicionantes del montaje, la acción corrosiva al estar a la intemperie y las cargas debidas al viento y la nieve. Así, deberemos tener en cuenta:

a. En instalaciones pequeñas y medianas, sobre todo si están alejadas, las estructuras serán modulares con perfiles atornillados o tubos roscados, sin soldaduras, con materiales o tratamientos previamente pintados.

b. Para las instalaciones grandes puede ser igualmente válidos las premisas anteriores pero, si existirá un mantenedor podrían usarse estructuras de acero soldadas y pintadas que son más económicas.

c. Son siempre recomendables estructuras protegidas galvánicamente en caliente, sobre todo en montajes aislados para evitar gastos de desplazamiento.

d. Usar tornillería de acero inoxidable para las uniones de elementos. No usar tornillos galvanizados.

Los materiales empleados para la construcción de las estructuras podrán ser:

• Aluminio. Para pequeñas estructuras (de 1 a 6 módulos) ya que son fáciles de mecanizar, peso liviano y gran resistencia. El aluminio anodizado no se usa para grandes estructuras debido a su excesivo coste, menor resistencia y dificultad de soldadura. En el diseño, los espesores deberán preverse con suficiente resistencia para evitar vibraciones debidas al viento y fatigas del material. La tornillería de unión deberá ser de acero inox.

• Hierro. Habitualmente usado para fábrica estructuras de soporte de un elevado número de paneles o que deben soportar potentes vientos ya que se encuentra en una amplia gama de formas y grosores con costes reducidos. Deberá estar protegido con galvanizado en caliente y, para recubrir las zonas de corte, ajustes o desperfectos existen productos en frío que servirán para proteger esas zonas de toda acción corrosiva. La tornillería usada será de acero inoxidable.

• Acero inoxidable. Es el material más adecuado técnicamente por su resistencia mecánica, resistencia a la corrosión en ambientes húmedos y salinos. Para asegurar esta característica deberá seleccionarse material de suficiente calidad que incrementa el coste así como el cuidado en la soldadura. Hay que tener muy en cuenta que si el marco de los paneles fotovoltaicos es de aluminio hay que evitar el contacto directo entre ambos ya que se produciría corrosión galvánica elevada, especialmente en ambientes salinos. En estos casos, deberá instalarse inhibidores de corrosión galvánica o aisladores.

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• Fibra de vidrio Composite. Este material sintético presenta características mecánicas y físicas excelentes, una reducción de peso enorme respecto a los aceros y hierros, nula corrosión y aislamiento eléctrico que evita la puesta a tierra del conjunto. Puede encontrarse en diferentes colores y perfiles.

De acuerdo con lo anterior, son recomendables los siguientes tipos de estructuras:

a. Formada por perfiles normalizados. Se fabrica con perfiles normalizados en U, T, doble T, tubos cuadrados o rectangulares. Sobre los perfiles se sueldan orejetas y piezas de fijación de los paneles, carteles de refuerzo, etc. y se taladran los orificios para la tornillería. Se suelen formar cuadros, módulos o partes en el taller para ensamblarlos en la obra. En todo caso, recordar que las piezas tienen que soldarse y taladrarse antes del galvanizado. Observar que deben tener distintos ángulos de inclinación. Las estructuras grandes pueden ser diseñadas para soldarse en obra teniendo en cuenta que deberá aplicarse una imprimación protectora para evitar la corrosión.

b. Formadas por tubos roscados. Mediante tubos y piezas roscadas normalizadas. Se usan tuberías de agua con sus accesorios (codos, manguitos, crucetas, etc.), en las que hay que poner especial atención a la protección en la rosca y tapar las aberturas al exterior. Aconsejables en instalaciones medianas o grandes ancladas en el suelo o tejados planos.

c. Pequeñas estructuras de pletinas soldadas. Para uno o dos paneles fijados a paredes o postes se usan estructuras con pletinas de hierros soldadas y galvanizadas. Se pueden usar fibra de vidrio pero no se usa aluminio por su excesivo coste.

Por último, insistir en que hay que tener en cuenta que los módulos solares, las estructuras, las conexiones y demás elementos se encuentran a la intemperie lo que exige una cuidadosa selección de los materiales a usar, tanto más cuanto más duras sean las condiciones atmosféricas. Por tanto, deberemos obtener la mayor cantidad de datos de la zona: vientos (frecuencia e intensidad), temperaturas (máximas y mínimas), pluviometría, nevadas, tipo de

ambiente, nieblas, tipos de pájaros. Estos factores serán útiles para el cálculo de los módulos así como de la capacidad del acumulador. Si los vientos son fuertes, se dejarán huecos entre módulos de, al menos 2 cm. Si precipita nieve en la zona, la base de la estructura deberá estar a 30 cm del suelo. Se aconseja la colocación de tirantes entre las patas de la estructura para aumentar la resistencia

mecánica. En ambientes marinos, no escatimar gastos en la calidad del material. Las instalaciones eléctricas deberán realizarse en cajas estancas o usar capuchones de goma. Las mangeras deberán ser de doble capa y estar colocadas bajo tubo plástico resistente. La tornillería debe ser de calidad para asegurar sustituciones, ampliaciones o retiradas con facilidad. Usar silicona en todas las uniones o puntos débiles frente al agua y la humedad,

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sellando de esta forma conexiones eléctricas, cajas, juntas etc. Si ha y que hacer empalmes y no puede colocarse una caja estanca, emplear cinta de vulcanizar recubierta con cinta aislante. Úsese un inclinómetro para medir el ángulo de la estructura. 4. Cimentación y anclaje de la estructura. Distintos tipos. El sistema de fijación deberá tener la resistencia suficiente para soportar las cargas de tracción producidas por el viento. Existen cuatro tipos de cimientos:

I. Con losa de hormigón con base perimetral: Usados para montajes sobre el terreno. Constan de losa, dos bloques do vigas corridas o dados de hormigón individuales para cada amarre. En cualquier caso, la cimentación se calcula para resistir un posible vuelco. La estructura se fija a la cimentación mediante tornillos recibidos en el hormigón, o manguitos de anclaje. Se reforzará mediante tirantes alrededor del perímetro y a través del centro de la losa.

II. Con vigas de madera: No aconsejable por su mayor facilidad de deterioro. Más rápidas de instalar

III. Con bloques de hormigón: Se usan para tejados planos o sobre superficie. Se deben calcular para resistir el vuelco debido al propio peso mediante amarres. Esto presenta el problema de estanqueidad del tejado por lo pernos de fijación. Se pueden usar los siguientes amarres:

a. Anclajes colocados durante la obra o después de la misma mediante tornillos o

placas para soldar. b. Tornillos pasantes con arandelas y turcas a ambos lados. c. Tornillos de expansión. Menos segura en grandes estructuras.

IV. Metálicos con vigas de hierro: exigen excesivo material y un anclaje bien realizado ya

que no tiene suficiente masa para resistir vientos elevados. Hay que tener en cuenta el sellado de todas las perforaciones con silicona. La estructura deberá conectarse a una toma de tierra ajustada al RBT (instrucción MI.BT.039). No deben realizarse taladros sobre los marcos metálicos del panel para evitar roturas y evitar los pares galvánicos. Si el número de paneles es muy elevado y no existe mucho espacio, es necesario juntar las filas de paneles y ello puede traer como consecuencia la producción de sombras. La distancia mínima entre filas estará marcada por la latitud. Supongamos que debemos disponer una serie de módulos como se muestra en la figura, donde a es la altura de los módulos colocados en el bastidor, h la altura máxima alcanzada y d la distancia mínima entre fila y fila capaz de no producir sombras interactivas. Sabiendo la latitud del lugar podemos buscar el factor k en

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la curva y en la tabla podremos determinar el valor de h. Por tanto, la fórmula que nos proporciona la distancia d entre filas es:

h•k=D

Ángulo de inclinación a

1,5m 2,7m 4m 15º 0,38 0,69 1,03 20º 0,51 0,92 1,36 25º 0,63 1,14 1,69 30º 0,75 1,35 2,00 35º 0,86 1,54 2,29 40º 0,96 1,73 2,57 45º 1,06 1,90 2,82 50º 1,14 2,06 3,06 55º 1,22 2,21 3,27 60º 1,29 2,33 3,46 65º 1,35 2,44 3,62 70º 1,40 2,53 3,75 75º 1,44 2,60 3,86

Como casos particulares, comentaremos el montaje de paneles sobre superficies de madera y el montaje de paneles bifaciales. Montaje sobre superficies de madera En estos casos se emplean paneles tipo “marino” que no contienen partes metálicas y suelen venir ya preparados de fábrica, con unos taladros alrededor de su perímetro por lo que sólo se han de atornillar a la superficie sobre la que se deseen fijar, siguiendo los siguientes pasos:

a. Desengrasar y limpiar el suelo. b. Marcar el punto exacto de cada agujero. c. Taladrar.

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d. Cubrir con un buen sellante a prueba de agua por la parte interior de la cinta adhesiva, cubriendo los agujeros.

e. Hacer pasar el cable por su agujero y conectarlo al panel. Colocar éste presionando fuertemente con la mano con el fin de asegurar un buen sellado y evitar que se introduzca agua por debajo. Atornillar después.

f. Después de 24 horas recortar con una cuchilla las rebabas del sellante alrededor del panel y quitar la cinta adhesiva.

Montaje de paneles bifaciales Este tipo de paneles tienen la particularidad de captar la radiación que incide o se refleja en su parte posterior. En esto casos, deberá crearse un entorno blanco, no inferior a 10 veces el área de los paneles, mediante cal o pintura plástica de exterior para favorecer el albedo de ambas superficies, aumentando la potencia del panel. No conviene colocar el panel excesivamente cerca de la superficie para evitar sombras. La estructura también se configura como un diedro, según la figura, debiendo respetarse unas distancias mínimas. A efectos del dimensionado no se considerarán coeficientes de albedo superiores a 1.5, es decir, el valor considerado del coeficiente de albedo será la razón entre el valor medio de la energía total colectada y la radiación total interceptada por la superficie tratada. 5. Montaje y conexionado de paneles en campo. En este paso hay que tener en cuenta dos consideraciones: Sujeción de los paneles a la estructura La sujeción de los paneles a la estructura fabricada deberá hacerse teniendo en cuenta que la sujeción mediante tornillos y tuercas es el método más versátil y seguro. No obstante, los principios electroquímicos nos demuestran que dos metales en contacto producen una corriente eléctrica que circula entre ellos, ejerciendo uno de ánodo y otro de cátodo produciendo entonces una corrosión en la zona anódica. Por este motivo, tanto en estructuras de distintos materiales como en las uniones de módulos con los montajes, es conveniente, especialmente en ambientes salinos incluir los llamados inhibidores de corrosión galvánica, que resultan ser arandelas plásticas que se colocan entre los materiales del marco del módulo y la estructura. Conexionado de los paneles La conexión eléctrica de los paneles podrá ser en serie (para aumentar la tensión) o en paralelo (para aumentar la intensidad generada). Frecuentemente se deberá disponer de una mezcla de los dos tipos de conexiones para incrementar la potencia suministrada a la tensión adecuada. En las figuras siguientes, se pueden apreciar algunos ejemplos, partiendo que cada módulo tiene una tensión nominal de 12V e intensidad de 2A.

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Conexiones a 12V entre 4 A y 24 A de intensidad pico

Conexiones a 24V entre 2 A y 212A de intensidad pico Desde el punto de vista del montaje, deberemos tener en cuenta los siguientes aspectos:

a. Las conexiones deberán realizarse con materiales de calidad, de forma que se asegure la durabilidad y fiabilidad del sistema en intemperie. Tendrán un gado de protección IP 535 definido en la Norma UNE 20-334. El fallo de protección de los cables, contactos eléctricos y pérdidas de tensión en los terminales son causas de averías. Las mangeras tipo plastigrom o similar son adecuados.

b. El cableado cumplirá con el RBT. c. En las conexiones se emplearán terminales. No enrollar el cable sobre el tornillo de

fijación. d. Los terminales pueden ser bornas en la espalda del panel o colocados en una caja de

terminales sobre el mismo. Se colocarán capuchones de goma para el primer caso. e. En instalaciones donde se monten paneles en serie para conseguir tensiones 24 V o

más, es aconsejable usar diodos de derivación o by-pass, que puedan soportar una tensión doble al de circuito abierto del sistema. Se suelen colocar en el terminal positivo de cada fila de paneles o bien todos ellos dentro de una caja común.

f. Los paneles fotovoltaicos son especificados por su potencia nominal 10% de tolerancia.

g. Se ha observado una tendencia a la inversión cuando una célula con poca intensidad de salida está conectada a otras con intensidad más elevada. Por tanto, disipará energía, elevará su temperatura y perderá potencia. Esto puede suceder cuando una sombra incide sobre una parte del módulo (pájaros, árboles, etc), por tanto, habrá que estudiar muy bien la cuestión de las sombras de invierno y verano.

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h. En la parte superior de los paneles se colocarán, en las poblaciones dónde se a habitual, los denominados ahuyentadores de pájaros que son hileras de pequeños alambres verticales que evitan que defequen encima de los captadores.

6. Montaje de sistema automático de seguimiento. Motorización. Ya hemos tratado este tema detenidamente en la Unidad 7 (Estructura de los sistemas de seguimiento) del Módulo 5. 7. Unión con el cuarto de acumuladores. Montaje de baterías. El conexionado con el cuarto de baterías se realizará mediante un cable de sección suficiente para trasladar la enorme intensidad generada hacia las baterías por el interior de un tubo protector. El montaje de baterías presenta dos aspectos fundamentales: Las características del lugar de ubicación de los acumuladores Los acumuladores deberán ubicarse en un lugar protegido de la intemperie debido a:

a. Su rendimiento que depende de la temperatura ambiente. b. La acción degradante de los agentes atmosféricos.

Por ello, el local deberá cumplir:

a. Situación lo más cercana a los paneles para reducir la caída de tensión. b. Lugar seco y ventilado para evitar la acumulación de hidrógeno y oxigeno desprendidos

en los procesos de carga. Las aberturas de ventilación deben situarse en la parte superior del local. Se recomienda emplear las baterías sin mantenimiento.

c. Aislado térmicamente para evitar las oscilaciones de la temperatura. d. Facilidad de acceso para el montaje y el mantenimiento. Dentro del local las baterías

deben colocarse sobre una bancada de madera para aislarlas eléctricamente del suelo. Las exigencias del montaje y conexionado de las baterías o acumuladores El conexionado de las baterías para obtener un determinado voltaje y una capacidad total se obtiene de la misma manera que con los paneles mediante conexiones en serie, paralelo, o serie-paralelo. En el conexionado, se aplican las mismas reglas aplicadas al cableado de los paneles salvo que es preferible usar pletinas siempre que sea posible.

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Además, hay que tener en cuenta:

a. Los acumuladores serán del mismo tipo. Bajo ningún concepto se conectarán acumuladores de distinto modelo.

b. Asegurarse que las secciones de los cables admiten la intensidad máxima prevista. c. Seguir las instrucciones del fabricante para efectuar las conexiones y protección de los

terminales. d. Proteger las bornas de los acumuladores para evitar cortos. Se recomienda una

cubierta de madera. e. Durante el transporte de los acumuladores deberá cuidarse el posible vertido del

electrólito, que puede ser causa de accidentes y averías. f. Si los lugares de instalación son lejanos, pueden ser transportados en seco y añadir el

electrolito posteriormente. g. Revisar el nivel de electrolito, el cual deberá cubrir totalmente las placas. h. Los acumuladores deben iniciar su actividad estando a plena carga. i. Es conveniente que en las baterías de plomo ácido abiertas impregnar sus conexiones

con vaselina o grasa especial para evitar la sulfatación. j. Para evitar daños irreparables en el banco de baterías, así como en el cableado, se

necesita la protección de un fusible entre el banco de baterías y la carga. A este fusible se lo denomina fusible de batería. También se puede emplear un interruptor con fusible incorporado.

Todos estos consejos se aplican a las siguientes baterías organizadas según el tipo de electrolito:

• Electrolito de Plomo ácido. Los acumuladores de Plomo ácido van montados en bancada sobre el suelo y precisan estar ubicados en un local separado del equipo, con suelo y paredes tratadas con pintura antiácida. El local debe disponer de un desagüe, una pica de agua y un sistema de ventilación que debe garantizar dos renovaciones del aire del local a la hora. El recipiente del vaso transparente facilita la labor de mantenimiento en el rellenado de los vasos con agua destilada. La vida estimada de los mismos es de 8 a 10 años.

• Electrolito de Plomo hermético. Los acumuladores de Plomo Hermético basados en el principio de recombinación interna de gases, van montados en armario metálico de presentación similar al SAI o en bancadas, pueden estar ubicados en la misma sala del equipo y no precisan ningún tipo de acondicionamiento especial excepto una temperatura entre 20 y 25ºC. Conservadas siguiendo las pautas de mantenimiento requeridas por los fabricantes, puede decirse que la vida media estimada de las mismas es de 4 a 8 años según el tipo de batería (5, 8 ó 10años de vida media).

• Electrolito de Níquel-Cadmio. Los acumuladores de Níquel-Cadmio pueden ir montados en armario metálico o sobre bancada. No precisan un acondicionamiento especial del local y pueden ir en la misma sala del equipo. Es suficiente realizar 1 ó 2 revisiones anuales de mantenimiento para conservar las características de la batería. La duración estimada es del orden de 15 años.

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• Electrolito de gel. Son las que emplean Plomo y dieléctrico de gel en recipiente semi-estanco. Son de vida muy limitada y les afecta de forma notable una subida de la temperatura ambiente, reduciendo aún más su corta vida.

8. Puesta en marcha de la instalación. Al terminar el montaje hay que hacer algunas comprobaciones finales sencillas debido a la elevada fiabilidad de los componentes comerciales. Los fallos suelen ser por errores de montaje. Las comprobaciones son las mismas que para realizar el mantenimiento de la instalación para la detección y reparación de averías. En general son suficientes las siguientes comprobaciones:

a. En circuito abierto (antes de conectar las baterías) la tensión en las bornas de la batería de paneles es próxima a la prevista en un día soleado.

b. Comprobar que la batería se encuentra a plena carga y la tensión y densidad en los elementos es la correcta.

c. Comprobar que a las horas centrales del día y con la batería conectada circula la intensidad prevista por el circuito paneles batería.

d. Los paneles deberán estar limpios o limpiarlos con elementos no abrasivos. e. En caso de montajes donde haya un gran número de pájaros, tratar de evitar las

defecaciones mediante antenas flexibles A continuación se describirán algunas medidas básicas que nos ayudarán a saber si algunos de ellos están en malas condiciones: Medidas sobre el panel fotovoltaico No tiene averías prácticamente. Las averías que se pueden presentar podrán ser:

- La entrada de humedad que oxida los materiales que componen el circuito. - La rotura de la cubierta exterior.

En ambos casos deberá ser sustituido por otro. Para saber si un panel funciona perfectamente deberemos disponer de un medidor de radiación solar que indique los mW/cm2 que inciden sobre el panel y un amperímetro que se colocará entre bornas del módulo para medir la corriente suministrada.

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Para medir la intensidad hacia las baterías, se insertará el amperímetro en serie en el circuito entre el colector y las baterías. Para medir la tensión usaremos un voltímetro colocado en paralelo.

Medidas sobre las baterías Se usará el amperímetro para medir la corriente consumida por la carga y el voltímetro para medir la tensión en circuito abierto, sí como el densímetro para conocer la cantidad de ácido sulfúrico del electrolito.

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UNIDAD 4. SISTEMAS DE ACUMULACIÓN 1. Los acumuladores. El uso de acumuladores, también, llamados baterías, en un sistema fotovoltaico permite:

• Dotar a la instalación de una fuente de energía independiente de las condiciones de radiación solar existente.

• Dotar al sistema de una autonomía eléctrica durante los periodos más o menos prolongados de inactividad de los módulos fotovoltaicos, utilizando la energía almacenada.

• Fijar una tensión de referencia que establezca en los módulos un punto de trabajo optima, manteniendo además unas condiciones de estabilidad en la tensión del sistema aceptable para los elementos de consumo.

• Dotar al sistema de cierta capacidad de puntas de intensidad superiores a la nominal. Los acumuladores se utilizan en múltiples aplicaciones y su composición interna es variada, por lo que existen numerosas clasificaciones. Lo que hay que tener en cuenta es que existe en el mercado una gama de baterías especialmente diseñadas para instalaciones fotovoltaicas (son para cargas y descargas más lentas). Los parámetros característicos e identificadores de un acumulador eléctrico son:

• Tipo: el más utilizado en la práctica es el de plomo-ácido con electrolito liquido, seguido del tipo plomo-ácido con electrolito gelificado (o acumulador sellado) y el acumulador de níquel-cadmio.

• Capacidad: se expresa en amperios por hora (Ah) y es una medida de la cantidad de energía eléctrica que puede suministrar la batería bajo unas determinadas condiciones. La capacidad disponible en la batería se ve afectada principalmente por la temperatura a la que se encuentra sometida, disminuyendo a medida que la temperatura disminuya y viceversa.

• Tensión: la batería se puede considerar como una fuente de tensión continua siendo 2 y 12V los valores más habituales. Las baterías de 12V se presentan en capacidades de hasta 400Ah, para capacidades superiores se utilizan vasos de 2V.

• Estado de carga: es la relación existente entre la capacidad disponible y la capacidad total (expresada en %).

• Profundidad de descarga: Es la relación existente entre la capacidad utilizada y la capacidad total.

• Ciclaje: los procesos de carga y descarga de la batería tienen un comportamiento cíclico que determina en gran medida la vida de la misma. El fabricante suele especificar el tiempo de vida de su batería mediante el número de ciclos de carga-descarga.

Los acumuladores al igual que los módulos fotovoltaicos deben conectarse entre sí de modo conveniente para alcanzar los valores de tensión y capacidad requeridos en el sistema.

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Respecto a las medidas de seguridad a tener en cuenta con las baterías son:

• Deben ser instaladas en lugares ventilados. • Se debe mantener el nivel de electrolito que indique el fabricante. • Se deben cubrir las bornas con vaselina una vez estén conectados.

2. Transporte y colocación. El transporte de un sistema de acumulación debido a su excesivo peso tiene un coste elevado y resulta engorroso. En algunos casos con el objetivo de disminuir el peso para su manipulación o para evitar derrames del electrolito, se pueden pedir las baterías sin éste, teniendo que llenarlas a posteriori. En el caso de que sea posible, lo más cómodo y económico es pedir el sistema de acumulación ya cargado con el electrolito y que la empresa suministradora lo entregue en el lugar de instalación. Para su colocación se dispone de bancos o bancadas adecuadas para los diferentes tamaños de los vasos. De esta forma se facilita su conexión, el llenado inicial con el electrolito (si es el caso) y el futuro mantenimiento. Los acumuladores no pueden instalarse a la intemperie debiendo estar en un local con las siguientes características:

• Lugar seco con una temperatura ambiente lo más cercana posible a los 20ºC. La capacidad del sistema de acumulación depende de dicha temperatura, siendo menor cuanto más baja sea ésta. Tampoco son admisibles temperaturas superiores a 35ºC.

• El local debe situarse, siempre que sea posible, cercano al campo fotovoltaico a fin de evitar la caída de tensión y tener que utilizar un cableado de mayor sección.

• Debe estar ventilado situando rejillas de ventilación con el exterior en la parte superior del local (el hidrógeno es más ligero que el aire por lo que tiende a subir).

• Las bancadas o estructuras sobre las que se coloquen las baterías para aislarlas eléctricamente del suelo deben ser resistentes al electrolito.

2. Conexionado. Las baterías se instalarán sobre bancadas realizadas en madera o perfil de aluminio o hierro galvanizado. Normalmente vendrán sin montar, en seco, es decir, sin el electrólito, por lo que será preciso rellenarlas con éste una vez instaladas. En caso de tener que transportar los acumuladores con el electrólito, téngase en cuenta el peligro de verter el líquido y el riesgo de corrosión o deterioro de otros elementos que viajen junto a las baterías. Es muy importante que las características eléctricas de las baterías sean iguales; también conviene no instalar baterías viejas junto con nuevas, ya que si existen variaciones en los potenciales de los bornes, aunque pequeñas, hará que trabajen mal.

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A la hora de realizar el conexionado, siempre se tendrá el esquema sobre una hoja y se pondrá especial cuidado en no confundir la polaridad de los acumuladores. Los bornes, una vez apretados, se cubrirán con sus protectores para evitar contactos con cuerpos metálicos y que no se produzcan cortocircuitos que dañarán el acumulador. Todo lo expuesto en el apartado 3 para la asociación de módulos fotovoltaicos, puede trasladarse íntegramente para la conexión de acumuladores, con la salvedad de que, en vez del término intensidad de corriente lo que suman son capacidades. Por ejemplo, si disponemos de dos acumuladores de 100 Ah y las conectamos en paralelo, el resultado final será de 12V y 200 Ah .Si se conectan en serie dos baterías de 6V y 100Ah, el resultado será de 12V y 100 Ah.

Asociación de baterías: PARALELO

Asociación de baterías: SERIE Los puntos básicos a tener en cuenta en la instalación de los acumuladores son:

• Situación y conexionado: Los acumuladores deben acomodarse lo más cerca posible del conjunto de módulos fotovoltaicos para evitar las posibles caídas de tensión que pudieran producirse. Al igual que para los paneles, debe procurarse realizar bien las conexiones ya que en muchos casos son éstas las causantes de las caídas de tensión, utilizando los terminales adecuados y las pletinas de interconexión que se suministran para tales efectos. En la figura 6 se aprecian varias disposiciones y conexionados.

• Bancada: Se deben siempre aislar los acumuladores del suelo mediante una bancada de material resistente al ácido. Pueden también disponerse los elementos de acumulación en estanterías, para poder reducir el espacio ocupado si el número de acumuladores fuera elevado.

• Ventilación: El recinto de baterías debe ser un lugar razonablemente ventilado con la suficiente corriente de aire como para evitar la acumulación de hidrógeno y oxígeno que siempre se desprende en la parte final de la carga de la batería, si bien es cierto que, al ser la carga de los paneles solares lenta, no se produce una excesiva

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gasificación. De cualquier forma, si la capacidad fuese elevada y esto obligara a disponer de aberturas de ventilación, éstas deben situarse siempre en la parte superior de las paredes, ya que el hidrógeno es menos pesado que el aire, y, por lo tanto, asciende una vez liberado.

• Temperatura: El lugar destinado a albergar los acumuladores deberá mantenerse entre los 15 y 25ºC. Una temperatura más baja producirá una disminución de la capacidad disponible (pensemos que a 5ºC la capacidad disponible en una batería puede disminuir perfectamente un 80% de su valor nominal). Por otro lado, una temperatura elevada (por encima de los 38ºC) ocasionará un acortamiento en su vida útil.

• Manipulación: Debe tenerse en cuenta que el electrolito de las baterías contiene ácido y que éste resulta altamente corrosivo. Este hecho nos aconseja que los acumuladores se manejen con sumo cuidado, para evitar quemaduras tanto en la piel como en la ropa, suelo, etc. Pero quizá sea en el transporte donde se deban tomar más precauciones, debido fundamentalmente a que, en su mayoría, los sistemas fotovoltaicos se encuentran alejados de carreteras, y el acceso por caminos o sendas puede acarrear problemas de fuga de electrólito. Para esos casos extremos, las baterías pueden adquirirse cargadas en seco, si así se especifica al fabricante, ya que de esta manera se pueden transportar los recipientes mejor (debido a su disminución de peso) y además sin riesgos. El ácido en estos casos es transportado en botellas independientes, para proceder al rellenado de los acumuladores una vez que han sido instalados en su correspondiente bancada. Las baterías fotovoltaicas sin mantenimiento no suelen desprender gases debido a un sistema de recombinación que incorporan en la parte superior de la carcasa, por lo que podrían instalarse en ambientes sin precauciones especiales de ventilación aunque sería recomendable seguir en todo caso las indicaciones dadas anteriormente en cuanto a temperaturas.

Dentro del local, las baterías deben situarse sobre una bancada o estructura que las aísle eléctricamente del suelo y sea resistente al electrolito. Las bancadas de madera son muy adecuadas desde el punto de vista técnico y económico. En las instalaciones de gran tamaño que requieran un gran número de acumuladores éstos pueden situarse en bancadas, formando estanterías. También podemos encontrarnos con estructuras de plástico o de fibra de vidrio. En la siguiente figura, se observa cómo se pueden seleccionar los distintos tipos de bancadas en función del tipo de baterías y su colocación:

Bancadas para batería BP Powerbloc. Modelo D

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Bancadas para batería BP Powerbloc. Modelo P-1

Bancadas para batería BP Powerbloc. Modelo P-1

D-950 P-1-950 P-1-1700 P-2-950 P-2-1700 Longitud 985 mm 950 mm 1700 mm 950 mm 1700 mm Fondo (P) 290 mm 290 mm 290 mm 580 mm 580 mm Altura (H) 191 mm 267 mm 267 mm 437 mm 437 mm

Dimensiones

12 V – 1 nivel 12 V – 2 niveles 24 V – 1 nivel 24 V – 2 niveles

S-190 a S-400 1 D / 1 P-1-950 2 D / 1 P-1-1700 1 P-2-950 S-470 1 D / 1 P-1-950 2 D / 2 P-1-950 1 P-2-950 S-550 1 D / 1 P-1-950 2 D / 1 P-1-1700 1 P-2-950 S-650 1 D / 1 P-1-950 2 D / 2 P-1-950 1 P-2-950 S-750 1 D / 1 P-1-950 1 P-2-950 2 D / 1 P-1-1700 1 P-2-1700 S-900 1 D / 1 P-1-950 2 D / 2 P-1-950 1 P-2-950 S-1200 1 P-1-1700 1 P-2-950 2 P-1-1700 1 P-2-1700 S-1500 1 P-1-1700 1 P-2-950 3 P-1-950 1 P-2-1700 S-1850 a S-2500

1 P-1-1700 1 P-2-950 2 P-1-1700 1 P-2-1700

S-3000 a S-4400

Modelo especial Modelo especial

Selección de bancada para baterías BP-Powerbloc

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Las bancadas se construirán adaptadas a las distintas configuraciones de las baterías empleadas. Las bancadas de baterías tienen como misión:

1º. Garantizar el suministro en las horas en que no existe insolación. 2º. Asegurar la estabilidad de la tensión para el buen funcionamiento de los equipos que

alimentan el grupo solar. 3º. Dotar de la energía a la carga cuando se presentan días con bajo nivel de radiación.

Debemos decidir:

a. Si la instalación es pequeña, con mantenimiento difícil o accesos difíciles, las baterías deberán ser sin mantenimiento.

b. Si las instalaciones son grandes y habrá descargas profundas, las baterías deberán ser estacionarias.

Cada fabricante de acumuladores aconseja cómo deberán colocarse las baterías sobre las bancadas y sus conexiones, así como suministra también la bancada apropiada y calculada para el tipo de batería a emplear.

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UNIDAD 5. SISTEMAS DE APOYO EÓLICO 1. Introducción. En instalaciones aisladas, a menudo el dimensionado de la instalación FV está por debajo del margen de seguridad para garantizar el suministro todo el año por cuestiones económicas o porque disponemos de otra fuente de energía sustitutiva y alternativa. El viento es una forma de energía renovable y gratuita. En los lugares donde tiene un grado de intensidad y regularidad adecuadas es una fuente de energía interesante. Antes de decidirse por esta opción será necesario conocer en detalle el potencial eólico de un lugar. Fuentes de información pueden ser los habitantes locales, los mapas eólicos orientativos y los observatorios meteorológicos. La solución más efectiva es tomar medidas durante un período más o menos largo con anemómetros para estimar los regímenes de vientos. 2. Premisas de los sistemas eólicos. A continuación, se realizan una serie de apreciaciones que son interesantes para comparar, desde el punto de vista económico, los distintos sistemas: Consideraciones de costes Generalmente, el precio de la torre de la turbina eólica supone alrededor de un 20 por ciento del coste total de la turbina. Para una torre de unos 50 metros, el coste adicional de otros 10 metros es de unos 15.000 euros. Por lo tanto, es bastante importante para el coste final de la energía construir las torres de la forma más óptima posible. Consideraciones aerodinámicas Generalmente, es una ventaja disponer de una torre alta en zonas con una elevada rugosidad del terreno, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del suelo. Las torres de celosía y las de mástil tensado con vientos tienen la ventaja de ser más aerodinámicas que una torre maciza. Consideraciones de dinámica estructural Las palas de rotor de turbinas con torres relativamente cortas estarán sometidas a velocidades de viento muy diferentes (y, por lo tanto, a diferente flexión) cuando la pala se encuentre en su posición más elevada y en su posición más baja, lo que provoca un aumento de las cargas de fatiga en la turbina.

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Consideraciones de elección entre torres altas y bajas Obviamente, obtendrá más energía una turbina más grande que de otra pequeña, pero si echa un vistazo a los tres aerogeneradores de abajo, que son de 225kW, 600kW y 1500kW, respectivamente, y con diámetros de rotor de 27, 43 y 60 metros, se observará que las alturas de las torres también son diferentes. Claramente, un rotor de 60 metros de diámetro no podrá ser instalado sobre una torre de menos de 30 metros. Pero si consideramos el coste de un gran rotor y un gran generador y multiplicador, sería seguramente un desperdicio instalarlos sobre una torre pequeña, ya que se dispone de velocidades de viento mucho más altas y, por lo tanto, de mucha más energía con una torre alta (ver la sección sobre recursos eólicos). Cada metro de torre cuesta dinero, por supuesto, por lo que la altura óptima de la torre es función de:

a. Coste por metro de torre (10 metros más de torre le costarán actualmente alrededor de 15.000€).

b. La rugosidad promedio del terreno local (las grandes rugosidades van mejor con una torre alta).

c. El precio que el propietario de la turbina obtiene por un kWh adicional de electricidad. Los fabricantes suelen servir máquinas donde la altura de la torre es igual al diámetro del rotor. Estéticamente, mucha gente piensa que las turbinas son más agradables a la vista cuando la altura de la torre es aproximadamente igual al diámetro del rotor. Consideraciones sobre seguridad en el trabajo La elección de un determinado tipo de torre tiene consecuencias sobre la seguridad en el trabajo. La estructura fabricada soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna de 600 kW tendrá una torre de 40 a 60 metros (la altura de un edificio de 13 a 20 plantas). Las torres pueden ser bien torres tubulares o torres de celosía. Las torres tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina. La principal ventaja de las torres de celosía es que son más baratas. En los grandes aerogeneradores las torres tubulares pueden ser de acero, de celosía o de hormigón. Las torres tubulares tensadas con vientos sólo se utilizan en aerogeneradores pequeños (cargadores de baterías, etc.).

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3. Estructuras de los sistemas eólicos. La estructura fabricada soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna de 600kW tendrá una torre de 40 a 60 metros (la altura de un edificio de 13 a 20 plantas). Las torres pueden ser bien torres tubulares o torres de celosía. Las torres tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina. La principal ventaja de las torres de celosía es que son más baratas. En los grandes aerogeneradores las torres tubulares pueden ser de acero, de celosía o de hormigón. Las torres tubulares tensadas con vientos sólo se utilizan en aerogeneradores pequeños (cargadores de baterías, etc.). A continuación se describen las características de todas ellas:

a. Torres tubulares de acero. La mayoría de los grandes aerogeneradores se entregan con torres tubulares de acero, fabricadas en secciones de 20-30 metros con bridas en cada uno de los extremos, y son unidas con pernos "in situ". Las torres son tronco-cónicas (es decir, con un diámetro creciente hacia la base), con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar material.

b. Torres de celosía. Las torres de celosía son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados. La ventaja básica de las torres de celosía es su coste, puesto que una torre de celosía requiere sólo la mitad de material que una torre tubular sin sustentación adicional con la misma rigidez. La principal desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual (aunque esa cuestión es claramente debatible). En cualquier caso, por razones estéticas, las torres de celosía han desaparecido prácticamente en los grandes aerogeneradores modernos. Las principales ventajas de las torres de celosía frente a las tubulares son la reducción del coste, la mayor altura obtenida, la captación de

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mayores velocidades de viento, la reducción del impacto visual, la reducción de cimentación, facilidad de montaje y reciclaje y la protección contra la corrosión.

c. Torres de mástil tensado con vientos. Muchos de los aerogeneradores pequeños están construidos con delgadas torres de mástil sostenidas por cables tensores. La ventaja es el ahorro de peso y, por lo tanto, de coste. Las desventajas son el difícil acceso a las zonas alrededor de la torre, lo que las hace menos apropiadas para zonas agrícolas. Finalmente, este tipo de torres es más propensa a sufrir actos vandálicos, lo que compromete la seguridad del conjunto.

d. Torres híbridas. Algunas torres están hechas con diferentes combinaciones de las ya

mencionadas. Un ejemplo es la torre de tres patas Bonus 95 kW de la fotografía, de la que podría decirse que es un híbrido entre una torre de celosía y una torre tensada con vientos.

e. Torres de celosía prismático-rectas (CPR). Son torres autosoportadas prismáticas de sección cuadrada constante por tramos, con cimentación monolítica y hasta 50 m de altura. Capaces de soportar una amplia gama de antenas y configuraciones con vientos de hasta 200 km/h. Empleadas para Aplicaciones de telefonía celular, reemisores TV, emisores de F.M. y comunicaciones.

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UNIDAD 6. SISTEMAS DE APOYO CON GRUPO ELECTRÓGENO 1. Introducción. Los grupos electrógenos están compuestos por motores de 2 o 4 tiempos (normalmente) que transforman el movimiento rotatorio producido por su funcionamiento en energía eléctrica mediante un generador eléctrico que recoge ese movimiento. El motor suele ser de combustión interna gasolina o diesel. Se emplea en casos de emergencia por falta de fluido eléctrico o en aquellos que no es posible dicho suministro. Generalmente se suministra un cuadro de control manual montado sobre el grupo electrógeno. El cuadro, montado en la bancada (grupos abiertos) o en la carrocería (grupos insonoros), incluye una centralita de control manual (mediante pulsador o llave de arranque), interruptor magnetotérmico, protección diferencial, y la conexión de todas las señales de control y alarmas disponibles. El cableado de fuerza entre el alternador y el interruptor magnetotérmico está incluido. En ocasiones, el cuadro de control es inteligente y produce el arranque automático por fallo de red. Se monta en un armario metálico y se suministra separado del grupo electrógeno. Incluye una centralita de control automática que arranca el grupo por fallo de la red principal (también se puede arrancar manualmente), dos contactores enclavados eléctrica y mecánicamente (para la transferencia de carga entre la red y el grupo electrógeno) y la conexión de todas las señales de control y alarmas disponibles. Todas las señales de control se cablean a un conector en el cuadro para una fácil conexión al grupo predispuesto. Además, los grupos electrógenos incluyen otro cuadro que se monta en un armario metálico y se suministra separado del grupo electrógeno para la conmutación para la transferencia de carga entre la red y el grupo electrógeno y la conexión de todas las señales de control y alarmas disponibles. Si deseamos que el grupo electrógeno esté introducido en una Cabina Superinsonora debemos fabricar una estructura modular, mediante perfiles plegados y elementos insonorizantes con revestimiento interior de lana de roca. Si el grupo incluye un carro móvil, el conjunto del grupo electrógeno va instalado sobre un chasis idóneo para la circulación vial, va provisto de ruedas neumáticas con eje de torsión, con unidad de frenado completa, compuesta por freno de mano e inercia, suspensiones y sistema de arrastre mediante timón. Si deseamos conectar varios grupos para aumentar la potencia suministrada, debemos hacerlo en serie, para aumentar la tensión, o en paralelo, para aumentar la intensidad suministrada (lo más común). Es el sistema idóneo auxiliar para momentos de déficit de una instalación FV o cubrir consumos elevados de forma automática. Adecuados para viviendas permanentes aisladas y granjas con consumos especiales.

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2. Selección de la potencia adecuada. Dependerá de la función de destino. Si sólo se destina para cargar baterías en períodos críticos la potencia será baja (dos o tres veces la del cargador de baterías). Como siempre, si su funcionamiento será continuo su potencia nominal será la suma de las potencias de las cargas con un margen de seguridad del 20 %. Por último, el grupo tendrá una vida más larga si no se le hace trabajar a una potencia que no supere el 50% de la nominal. 3. Selección del modelo. Existen muchos tipos: de gasoleo, gasolina o gas; monofásicos o trifásicos; de arranque manual o eléctrico; con potencias en kVA o caballos, etc. Tipo de combustibles El gasóleo es el combustible idóneo para GE a partir de 5kW de potencia, uso frecuente y períodos largos (varias horas). Los de gasolina, más baratos, adecuados para potencias por debajo de 2kW o inferiores con un uso frecuente, o hasta 5 kW con uso esporádico. El gas (propano o butano) es apropiado para GE de hasta 5KW pero con uso frecuente. También es adecuado convertir un GE de gasolina a gas si su uso es frecuente ya que el coste por hora es menor. Tensión de trabajo Se debería usar una monofásica a 220V normalmente. Sólo se usaría trifásico a 380V para grandes potencias. Sistema de arranque Adecuado el manual para grupos de hasta 5 o 6 KW, con gasolina o gas. A partir de esta potencia es aconsejable el arranque eléctrico o para automatizar su arranque. Unidades de potencia La potencia en la que debemos fijarnos no es la eléctrica (en KW) o la del motor (en CV o HP), sino la diferencia entre ambas. Esta diferencia se debe al llamado factor de potencia, que es característico de esta clase de dispositivos y suele ser de 0,8. Por ello, 1KVA equivale a 0,8KW de potencia real para los consumos propios. Cargador de baterías Generalmente los grupos electrógenos tienen una salida de 12V o 24V destinada a la carga de baterías de poca potencia. Por tanto, si deseamos cargar las baterías de un sistema FV

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debemos disponer de un cargador de baterías que cambien la tensión de 220V alterna a la tensión adecuada para la carga a continua. La potencia del cargador no deberá ser excesiva ya que la carga deberá ser lenta para no dañar las baterías, por tanto con una potencia del orden del 10% de la capacidad de aquellas debería ser suficiente. Automatización La electrónica actual permite fácilmente automatizar la carga de las baterías cuando la tensión de las mismas sea menor o mayor de unos valores límite programables. Instalación El lugar adecuado para un grupo debería estar insonorizado, ventilado y provisto de una salida de gases canalizada hacia el exterior. La salida del generador hay que hacerla a través de un cuadro con PIAs. Si además incluimos un ondulador en la instalación, es imprescindible colocar un conmutador (automático o manual) de tres posiciones, al objeto de elegir el suministrar energía a la carga bien del grupo, bien del ondulador. El punto central, es necesario para que no se comuniquen ambas corrientes. Mantenimiento Excepto los motores de dos tiempos, todos los demás usan aceite para la lubricación, debiéndose cambiar cada cierto número de horas de funcionamiento. Este contador eléctrico se instala a partir de una derivación de la línea que sale del grupo al cuadro. En los motores de gasolina habrá que limpiar y cambiar, si es necesario, las bujías, el filtro de aire y el de gasoil, así como cambiar el aceite. Si el grupo va a estar durante un tiempo sin funcionar en conveniente dejarlos funcionar durante un rato cada dos meses. Si se utiliza una mezcla de gasolina y aceite es mejor vaciar el depósito durante los períodos de parada y emplear una mezcla nueva cuando se vuelva a necesitar.

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UNIDAD 7. BOMBEO SOLAR DIRECTO 1. Aplicaciones de bombeo. Una de las aplicaciones más importantes del uso de la energía solar es el bombeo de agua para riego en lugares remotos. Es motivo de esta aplicación es que:

• La época de mayor demanda de energía (mayor cantidad de agua a extraer) coincide con la de mayor radiación solar.

• No requiere apenas mantenimiento. • No emite ruidos ni contamina. • La vida útil de la instalación es de 30-40 años. • No necesita sistema de almacenamiento eléctrico.

El objetivo de estas instalaciones es extraer el agua de pozos que pueden llegar a los 200 metros de profundidad. 2. Componentes. Los componentes básicos de la instalación son:

• Paneles solares. • Bomba hidráulica. • Sistema de control. • Sistema de regulación. • Depósito de agua. • Pozo de agua.

Los paneles solares ya se estudiaron por lo que no se volverán a explicar. El sistema de regulación puede ser un conversor dc/dc o inversor ambos con seguimiento del punto de potencia máxima (aunque no es imprescindible), dependerá de si la bomba funciona con corriente continua o alterna. La bomba hidráulica puede ser centrífuga o de desplazamiento positivo. Las bombas centrífugas se caracterizan por ofrecer buenos resultados para caudales grandes y hasta medias – altas profundidades. Las bombas centrífugas de succión se montan en la superficie y tienen un fácil mantenimiento pero solo son válidas hasta unos ocho metros de profundidad. Las bombas centrífugas sumergidas en cambio pueden extraer agua a más profundidad pero deben extraerse para el mantenimiento. Las bombas de desplazamiento positivo son aquellas que tienen partes móviles que, junto con la carcasa, guían al líquido y lo mueven al disminuir el volumen de la cámara. Trabajan a altas presiones y permiten extraer agua de grandes profundidades pero su caudal es pequeño.

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El sistema de control se encarga de parar la bomba de agua cuando se llega a un nivel determinado en el depósito (cercano al desbordamiento) o cuando el pozo se seca. También es el encargado de poner en marcha el la bomba cuando el agua baja de otro nivel y las condiciones de radiación lo permiten. El pozo es el conducto por el que la tubería llega hasta el manantial en el subsuelo y el depósito de agua es el encargado de asegurar el suministro en días de poca radiación. Estas instalaciones no llevan sistema de almacenamiento de energía porque se bombea toda el agua durante el día. Para evitar quedarnos sin agua por días con poca radiación solar, la instalación tiene un depósito de agua con capacidad suficiente para varios días de consumo. Por lo tanto, se podría decir que en vez de almacenar energía, que es más costoso, se almacena agua. 3. Cálculo de la demanda de energía. Un dato que necesitamos conocer para el correcto dimensionamiento de la instalación es la energía que requiere el bombeo. Esta energía depende como veremos a continuación de diversos factores. Una figura representativa del pozo donde se señalan las características fundamentales que se necesitan para el cálculo de sistemas de bombeo de agua es la siguiente.

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Las características principales para caracterizar la demanda de energía requerida son el caudal de agua a bombear, la altura estática de carga, la altura de la descarga, la longitud en horizontal de la tubería, el abatimiento, y las pérdidas por fricción. El caudal diario de agua a bombear (QD) es una variable que viene dada por los requisitos de riego de la instalación. Por tanto, este dato debe ser conocido antes de empezar a efectuar los cálculos de la demanda de energía. El nivel estático (HST) la distancia entre el suelo y el nivel de las aguas del pozo. La altura de la descarga (HD) es la distancia entre el suelo y la salida de la tubería al depósito. Téngase en cuenta que en muchas ocasiones el depósito se encuentra elevado para aprovechar la energía potencial del agua almacenada. Por este motivo, la altura de descarga no es despreciable frente al nivel estático. Cuando se bombea agua, el nivel de esta en la tubería baja del nivel estático de las aguas. Es lo que se conoce como abatimiento (HA). El Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Aisladas de Red del IDAE propone un método para calcular el abatimiento. Se realiza una prueba de bombeo y se miden tres parámetros: el nivel estático del agua, el nivel dinámico del agua (nivel entre el suelo y nivel final del agua después de la prueba de bombeo) y el caudal de prueba. El abatimiento viene dado por la ecuación:

HA = (HDT - HST) / QT * QAP Donde:

HA → Es el abatimiento con el caudal de demanda diaria de la instalación. HDT → Es el nivel dinámico del agua en metros.

HST → Es el nivel estático del agua en metros. QT → Es el caudal de prueba o test en m3/h.

QAP → Es el caudal aparente en m3/h que se puede calcular con la fórmula:

QAP = QD / 24 Donde:

QD → Es el caudal demandado diariamente de agua en m3/día. Las pérdidas por fricción en la tubería son complicadas de calcular ya que dependen del caudal, y del diámetro, longitud, material, número de codos, ensanchamientos y radios de giro de la tubería. Una fórmula que aporta sencilla que aporta una buena estimación para la mayoría de las instalaciones es considerar que las pérdidas por fricción (expresadas en metros) suponen un dos por ciento de la longitud total de la tubería, según la fórmula:

HF = 0,02 * (HST + HDT + HD + LD)

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Donde:

HF → Son las pérdidas por fricción en la tubería expresadas en metros LD → Es la longitud de la tubería en horizontal, desde el pozo al depósito, en metros

Una vez calculados todos estos datos se obtiene la altura total equivalente como suma de todas las alturas obtenidas:

HTE = HST + HDT + HA + HF Donde:

HTE → Es la altura total equivalente del pozo expresada en metros

La demanda de energía diaria que se necesita para bombear el caudal de demanda (QD) se obtiene aplicando la siguiente expresión:

EB = 2,725 * QD * HTE / ηB Donde:

EB → Es la energía consumida diariamente por la bomba en (Wh/día). QD → Es el caudal demandado diariamente de agua en m3/día.

HTE → Es la altura hídrica del pozo expresada en m. ηB → Es el rendimiento medio de la bomba, que si no se conoce puede suponerse que es del 0,4.

Una vez que se ha obtenido la demanda de energía para el bombeo se procede a diseñarse la instalación como se vio en el tema anterior.

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