Dimensionado de un SFCR (I)Generador fotovoltaico

Inversor

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SELECCIÓN DEL MÓDULO FOTOVOLTAICO

Tecnología Superficie de módulos que

conforman 1 kWp

(AG, en m2)

Silicio monocristalino 5-7

Silicio policristalino 6,5-8,5

Diseleniuro de indio cúprico (CIS) 8,5-10

Telururo de Cadmio (CdTe) 9-11

Silicio amorfo 11-16

Mayor eficiencia implica menor superficie requerida.Menor superficie requerida implica menor gasto en “resto del sistema” o balance of system, en inglés (estructura soporte y cableado, principalamente).

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REQUERIMIENTOS DE SUPERFICIE (1/2)

Área de superficie plana necesaria para la ubicación del generador fotovoltaico (AL, en m2): evitar el autosombreado puede llegar a ser un problema complejo (latitud local, la pendiente del terreno o cubierta, disposición de los módulos, etc).Simplificación: AL = LF· AG (1)LF = factor de ocupación de terreno (land factor, en inglés).

Módulos instalados en superficies estáticas y sobre terrenos o cubiertas horizontales con orientación e inclinación óptimas de forma que no exista sombreado recíproco entre filas de módulos.

Valor absoluto de la latitud

(º)

LF

0-25 1,4

25-35 1,6

35-45 2

45-55 3

4

Ejemplo de ocupación de terreno de un generador fotovoltaico de 100 kWpen las condiciones anteriores, de silicio monocristalino de muy alta eficiencia (1 kWp = 5 m2 ).

AG = 100·5 = 500 m2

Friburgo, Alemania (latitud 48º N)βóptimo(º) = 0,69||(º) + 3,7 = 37ºAL = LF· AG = 3·500 =1500 m2

(Ec. 1)

bóptimo

bópt

Tacna, Perú (latitud 18º S)βóptimo(º) = 0,69||(º) + 3,7 = 16ºAL = LF· AG = 1,4·500 =700m2

(Ec. 1)

REQUERIMIENTOS DE SUPERFICIE (2/2)

5

DIMENSIONADO DEL GFV Y DEL INVERSOR (1/6)

La potencia en CEM del GFV (PGFV,STC, en Wp) es función de:

-Presupuesto disponible (S/., US$, €). -Superficie disponible (m2 ).-Electricidad AC que se desea generar (kWh).

La potencia de entrada del inversor (PINV,DC ≈ PINV,AC , en W) depende de la potencia en CEM del GFV mediante el factor de dimensionado (FS):

PINV,DC = FS · PGFV,STC (2)

Usualmente, 0,7 < FS < 1,2. Es práctica habitual en climas calurosos y soleados tomar 0,8 < FS < 1,0. La elección de un valor específico de FS no altera significativamente la producción de electricidad AC.

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DIMENSIONADO DEL GFV Y DEL INVERSOR (2/6)

La elección del módulo fotovoltaico y del inversor condiciona el número de módulos a emplear (N), así como el número Nmp de cadenas (strings, en inglés) a asociar en paralelo de Nms módulos conectados en serie.

Parámetro del inversor UDS.

Símbolo

Intensidad máxima a la entrada A IINV,M,DC

Tensión máxima a la entrada V VINV,M

Potencia nominal de entrada W PINV,DC

Límite inferior del rango de tensión para el que el inversor busca el PMP

V VINV,m,PMP

Límite superior del margen de tensión para el que el inversor busca el PMP

V VINV,M,PMP

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DIMENSIONADO DEL GFV Y DEL INVERSOR (3/6)Inversor conexión a red

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DIMENSIONADO DEL GFV Y DEL INVERSOR (4/6) ¿N, Nmp y Nms? (1/3)

Número de módulos de potencia PMOD,STC (W) que integran el GFV (primera aproximación):

N = Int (PGFV,STC / PMOD,STC) (3)

Nms debe ser tal que la variación con el tiempo a lo largo de todo el año de la suma de las tensiones en el punto de máxima potencia de todos los módulos se encuentre en el margen de tensiones en el cual el inversor busca el punto de máxima potencia de la curva V-I del generador. En ningún caso el valor de Nms ha de ser tal que produzca una tensión en la entrada del inversor superior a la máxima admisible por éste.

Se deben añadir tantas ramas en paralelo Nmp como sean necesarias hasta completar, aproximadamente, la potencia del generador fotovoltaico que se desea instalar. Además, se ha de evitar sobrepasar la intensidad máxima a la entrada del inversor.

N (definitivo) = Nms·Nmp (4)

9

)Cº10(,

,Int)(máx

cTOCMOD

MINV

msV

VN

)Sic(·14,1))·25(10(1( ,,,,,)Cº10(, STCOCMODOCMODSTCOCMODTOCMOD VVVVc

b

1Int)(mín)Cº70(,

,,

cTMMOD

MPPmINV

msV

VN

)Sic(·82,0))·2570(1( ,,,,,)Cº70(, STCMMODMPPMODSTCMMODTMMOD VVVVc

b

DIMENSIONADO DEL GFV Y DEL INVERSOR (5/6) ¿N, Nmp y Nms? (2/3)

(5)

(6)

(7)

(8)

bVMOD,OC = Coeficiente de temperatura de la tensión de circuito abierto de un módulo fotovoltaico (ºC-1). TIENE VALORES NEGATIVOSbVMOD,M = Coeficiente de temperatura de la tensión de máxima potencia de un módulo fotovoltaico (ºC-1). TIENE VALORES NEGATIVOSVMOD,M,STC = Tensión del punto de máxima potencia del módulo fotovoltaico para CEM (V) VMOD,M = Tensión del punto de máxima potencia del módulo fotovoltaico para unas condiciones de trabajo cualesquiera (V). VMOD,OC = Tensión del módulo fotovoltaico en circuito abierto para unas condiciones de trabajo cualesquiera (V).VMOD,OC,STC = Tensión del módulo fotovoltaico en circuito abierto para CEM (V).

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Una vez escogido Nms entre el máximo y mínimo permitidos:

Nmp = Int (N / Nms)

Siempre y cuando se cumpla la siguiente inecuación:

DCMINVSTCSCMODmp IIN ,,,,·25,1· (10)

(9)

DIMENSIONADO DEL GFV Y DEL INVERSOR (6/6) ¿N, Nmp y Nms? (3/3)

IMOD,SC,STC = Corriente del módulo fotovoltaico en cortocircuito para CEM (A)

Ejemplo: se desea dimensionar un SFCR de 24 kWp. Se ha de utilizar una configuración de inversor central, disponiendo de inversores IngeconTM Sun y módulos de silicio monocristalino IsofotónTM IS-200/32. Asuma Fs = 0,8.

Determine N, Nmp y Nmp

11

EJEMPLO DE DIMENSIONADO (1/5)Características eléctricas de la gama de inversores

12

EJEMPLO DE DIMENSIONADO (2/5)Características eléctricas del módulo FV

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De acuerdo con el enunciado, Fs = 0,8, con lo que PINV,DC = Fs · PGFV,M,STC = 0,8 · 24 kWp= 19,2 kW.

El inversor IngeconTM Sun 20 posee una potencia de salida nominal (PINV,AC ≈ PINV,DC ) de 20 kW Inversor elegido, por ser aquél cuya potencia de entrada nominal se aproxima más al valor de 19,2 kW.

Intensidad máxima a la entrada 52 A IINV,M,DC

Tensión máxima a la entrada 900 V VINV,M

Potencia nominal de entrada ≈20 kW PINV,DC

Límite inferior del rango de tensión para el que el inversor busca el PMP

405 V VINV,m,PMP

Límite superior del margen de tensión para el que el inversor busca el PMP

750 V VINV,M,PMP

EJEMPLO DE DIMENSIONADO (3/5)

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EJEMPLO DE DIMENSIONADO (4/5)

N = Int (PGFV,STC / PMOD,STC) = Int (24000 / 200) = 120 Ec.(3)

137,65

900IntInt)(máx

)Cº10(,

,

cTOCMOD

MINV

msV

VN

VVV STCOCMODTOCMOD c7,656,57·14,1·14,1 ,,)Cº10(,

1118,37

405Int1Int)(mín

)Cº70(,

,,

cTMMOD

MPPmINV

msV

VN

VVV STCMMODTMMOD c8,371,46·82,0·82,0 ,,)Cº70(,

Ec. (8)

Ec. (9)

Ec. (6)

Ec. (5)

Escojamos Nms = 12, entonces:

1012

120IntInt

ms

mpN

NN

Ec. (7)

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Número de cadenas en paralelo su asociación no debe sobrepasarla intensidad máxima a la entrada del inversor. Para comprobarlo:

AIIN DCMINVSTCSCMODmp 577,4·25,1·10·25,1 ,,,,

Nmp = 10 puede conducir al inversor a situaciones de sobrecarga, las cuales deben evitarse. En consecuencia, se debe escoger un número mayor de módulos en serie.

En concreto, si Nms = 13, entonces:

913

120IntInt

ms

mpN

NN

¡NO! Inec. (10)

Ec. (9)

Comprobemos si se verifica la inec. (10):

AIIN DCMINVSTCSCMODmp 5785,527,4·25,1·9·25,1 ,,,, ¡OK! Inec. (10)

EJEMPLO DE DIMENSIONADO (5/5)

Nms = 13Nmp = 9

N = Nmp·Nms = 13·9 =117 <> 120PGFV,STC = N· PMOD,STC = 117·200 = 23,4 kWp <> 24 kWpFS = PINV,DC / PGFV,STC = 0,85 <> 0,80

Proceso de “tanteo”.

Cualquier solución técnicamente viable: potencialmente correcta.

Decisión última: propietario.