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Manual TK-HE5 |
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A continuación se enumeran los siguientes enlaces de los contenidos de este manual:
En este capítulo del manual de usuario de TeKton3D se indican los pasos necesarios a seguir para diseñar instalaciones solares fotovoltaicas utilizando el módulo TK-HE5.
TK-HE5 es el módulo de TeKton3D que permite diseñar y calcular los componentes propios de una instalación fotovoltaica para conexión a la red eléctrica, aisladas con acumuladores y autoconsumo con/sin acumuladores, incluyendo además las exigencias dictadas por el Documento Básico HE5 de Instalaciones fotovoltaicas (CTE-DB-HE5).
El contenido de este capítulo se basa en:
El punto de partida será un proyecto edificio ya creado (ver capítulo Capítulo 1.6.- Insertar la estructura de plantas de un edificio), que al menos debe contar con la Localidad definida, los espacios definidos (con su actividad especificada) y los elementos del edificio y obstáculos que pudieran provocar sombra sobre los paneles fotovoltaicos. A partir de ahí, los pasos a seguir son:
La filosofía de funcionamiento de TK-HS5 consiste básicamente en componer el campo de paneles fotovoltaicos, el campo de acumuladores y receptores (estos 2 últimos en el supuesto que fueran necesarios por el tipo de instalación), y una vez que lo tenemos interconectarlos con los correspondientes inversores, reguladores..., ya se puede realizar el cálculo. Es importante también la disposición de los paneles en el lugar correspondiente del edificio para poder obtener el efecto de las sombras sobre los paneles fotovoltaicos.
Cada una de las entidades que forma el esquema de cálculo de TK-HE5 tiene una serie de particularidades que veremos a continuación.
La red eléctrica, es el elemento de final de una instalación fotovoltaica para conectar a la red eléctrica. Desde el punto de vista del programa, sería el lugar donde se vierte toda la energía producida por el campo de paneles.
El elemento de tipo Red eléctrica, dispone solo de un único punto de conexión, al cual se conectará las salidas de los diferentes inversores presentes en la instalación. En el supuesto de que se disponga de más de un inversor, las salidas de estos se unirán mediante una caja de conexión y la salida de esta irá a la red eléctrica.
El conductor eléctrico, es el elemento de la instalación, encargado de interconectar los diferentes componentes de la misma.
Cuando se edita un conductor eléctrico, el cuadro de diálogo para la gestión del mismo, presenta un aspecto similar al siguiente:
Los campos disponibles son:
Referencia: Aquí se indicará el nombre con el cual nos referiremos al propio conductor.
Tipo de tramo: Este parámetro se utiliza para identificar la posición que ocupa dentro de la instalación y los tipo de elementos que interconecta. Dependiendo del tipo que sea, se utilizarán unos parámetro diferentes para su dimensionado en el cálculo por caída de tensión. Los tipos disponibles son:
Automático. El programa detecta de forma automática el tipo que es, en función de los elementos que interconecta.
Tramo Panel-Regulador.
Tramo Acumulador-Regulador.
Tramo Inversor-Regulador.
Tramo Convertidor-Regulador.
Tramo Receptor-Regulador.
Tramo Receptor-Inversor.
Tramo Receptor-Convertidor.
Tramo Panel-Inversor.
Tramo Inversor-Red.
Tipo de instalación. Este parámetro se emplea para identificar como irá instalado el conductor en la instalación. Dependiendo del tipo que sea, se utilizarán unos parámetro diferentes para su dimensionado en el cálculo por corriente. Los tipos disponibles son:
Material aislante: En este apartado, se indica el tipo de material empleado para utilizar como aislante de los conductores. Este parámetro interviene en el dimensionado por el criterio de cálculo por corriente. Los tipos disponibles son:
PVC (Policloruro de vinilo).
XLPE (Polietileno reticulado).
EPR (Etileno-propileno).
Tipo de cable: El programa por defecto, entenderá que el tipo de cable es aquel indicado, de los 2 disponibles (Cu o Al), en el menú Datos/Generales.../Criterios de cálculo. Ahora bien, si deseamos que uno o un conjunto de tramos sean de un tipo diferente, en sus propiedades se podrá forzar el tipo correspondiente.
Longitud: En este apartado, encontramos parámetros con los que podremos actuar sobre la longitud del tramo, ya sea para indicar una cantidad a añadir a la longitud del tramo medido a escala dentro del trazado de la instalación o bien un valor concreto para asignar y que sea la longitud a considerar en el cálculo.
Forzado de la sección del conductor: El programa realiza un cálculo de la sección a instalar en función de la caída de tensión y de la corriente que circula por el mismo. No obstante, también es posible que el usuario pueda indicar un tamaño concreto de la sección del cable.
Número de conductores por fase: En este apartado se puede indicar el número de conductores en paralelo tiene el cable para cada fase. Por defecto el valor es 1, pero se puede dar el caso en que sea necesario indicar un valor superior, sobre todo cuando tratamos con corrientes elevadas a tensiones pequeñas.
Factor corrector: Este parámetro cosiste en un factor de seguridad que se utiliza para sobredimensionar el cable. Este valor se indicará en % y es independiente del factor de seguridad que se aplica en función de la localización del conductor y que se puede acceder desde el apartado de Datos Generales.
El Panel fotovoltaico, es el elemento de la instalación, encargado de captar la energía solar y transformarla en energía eléctrica. Es muy importante la orientación e inclinación que se le de, ya que en función de la hora del día, de la fecha del año y de como se oriente e incline, la energía que captará será mayor o menor. Por lo normal, las instalaciones ubicadas en el hemisferio norte, han de estar orientadas al sur y las instalaciones ubicadas en el hemisferio sur, los paneles se orientaran al norte.
Se representa mediante un símbolo 3D que tiene unas dimensiones (longitud, anchura y canto), conformado una superficie que será la superficie de captación solar. En la librería existen diferentes símbolos para esta categoría, uno contiene más detalles y otros con menos. El número de detalles gráficos del símbolo afectará en el consumo de memoria y calidad de la representación gráfica:
Cuando se edita un panel fotovoltaico, el cuadro de diálogo para la gestión del mismo, presenta un aspecto similar al siguiente:
Los campos disponibles son:
Referencia. Aquí se indicará el nombre con el cual nos referiremos al propio panel dentro del proyecto.
Modelo. El programa dispone de una base de datos de paneles fotovoltaicos. Esta base es abierta y puede ser editada por el propio usuario. Normalmente, el modelo suele ser el que está indicado en el apartado correspondiente de datos generales, donde se encuentran identificados los materiales por defecto. Si se desea indicar un modelo diferente, solo hay que marcar el recuadro para forzar el Modelo, pulsar sobre el botón de los tres puntos para acceder a la base de datos y seleccionar el modelo deseado.
Fabricante. Este apartado está relacionado con el anterior. El Modelo está incluido dentro de una carpeta de fabricantes, de manera que en función del Modelo seleccionado, aquí se presentará el fabricante que lo construye o distribuye.
Inclinación sobre la horizontal (º). Como su nombre indica, es la inclinación que tiene el panel, medido en grados y tomando como plano base la horizontal. De manera que si deseamos darle al panel una inclinación de 35º, rellenaremos este campo con dicho valor y el panel cuando se represente, lo hará con dicha inclinación. En el supuesto que deseemos colocar el panel sobre una cubierta inclina a 15º (por ejemplo), la inclinación del panel, si deseamos que sea la misma que la de la cubierta, le indicaremos el valor de 15º y una vez que aceptemos los datos, el panel se presentará a dicha inclinación.
Inclinación óptima (botón tres puntos). Si pulsamos sobre el botón de los tres puntos, podemos conocer el valor calculado de la inclinación a asignar al panel para disponer de la máxima radiación incidente, con lo cual podremos obtener la mayor producción de energía. Al pulsar el botón, se nos muestra un cuadro de dialogo donde se nos permite comparar la inclinación asignada actualmente (o cualquier otra que deseemos) con la inclinación óptima o de mayor producción, en función del periodo de tiempo que indiquemos. El cuadro presenta un aspecto similar a la figura que se muestra a continuación.
El valor RiTotal se refiere al valor de la Radiación incidente total anual sobre el panel con la inclinación indicada, expresada en W/m2, y teniendo en cuenta la latitud, orientación, la temperatura (inicialmente 25ºC) y la humedad relativa (inicialmente 50%).
Si se selecciona la inclinación Óptima, el programa actualiza la inclinación del panel en el entorno 3D.
Montaje. El panel fotovoltaico dispone de unas dimensiones que son el valor del Longitud o Alto, Ancho y Profundo o Canto (valores en mm). Cuando lo colocamos de forma vertical (por defecto), la componente de altura se corresponderá con el valor Longitud indicado en la Base de datos (BD) y la anchura con el valor del Ancho, también de la Base de datos (BD), el espesor o Profundidad se mantiene. Ahora bien, cuando deseamos representarlo de forma horizontal, se intercambian dichas variables, pasando a ser la altura el valor del Ancho de la Base de datos y la anchura el valor de la Longitud de la Base de datos.
Coeficiente de rendimiento del panel (%). Los paneles fotovoltaicos, al igual que cualquier componente eléctrico, tiene un rendimiento con respecto a un componente ideal. Por lo normal el rendimiento del panel suele estar entre un 80% - 90% de su comportamiento ideal. Con ello se entiende que si un panel tiene un coef. de rendimiento del 90%, de la producción ideal que pudiera tener, un 10% se pierde, por lo que no se puede contabilizar y habrá que descontarlo de la producción final.
Auto-desconexión por pérdidas (%). Los paneles fotovoltaicos, son componentes muy sensibles a las perdidas por sombreado o bien la propia suciedad de los mismos. Cuando un panel está expuesto a la sombra de una parte del mismo, baja el rendimiento de éste, y por tanto de todo el string al que pertenece él. Supongamos que un panel se ve afectado por la sombra de manera que un número de células no reciben luz solar, esto provoca que la potencia que produce se vea reducida. Como todos los paneles que se encuentran en el mismo string han de producir la misma corriente, ya que se encuentran en serie y uno de ellos (el que está sombreado) produce menos corriente. Eso obliga a que todo el conjunto de paneles que forma el string disminuya su corriente a ese mismo valor y por tanto la producción del string completo disminuye. En algunos casos, es recomendable autodesconectar el panel que está sombreado (anularlo) descontando la energía producida por él mismo, que mantenerlo activo y llevar a todo el conjunto de paneles del ramal a una reducción de energía.
Características eléctricas (*STC). En este apartado se muestran los valores característicos del panel según se especifican en su ficha característica definida en el menú Archivo/Bases de datos/Electricidad/Paneles fotovoltaicos... Estos valores son:
Tensión máxima del sistema (VsMax): El valor máximo de tensión (en voltios) al que puede verse sometido un panel fotovoltaico.
Potencia máxima (Pmpm): Sobre la curva característica de respuesta de un panel fotovoltaico es el valor máximo de potencia (en vatios) que puede entregar un panel fotovoltaico.
Tensión a máxima potencia (Vmpm): Es el valor de la tensión (en voltios) cuando el panel fotovoltaico se encuentra en su punto de máxima potencia (Pmpm).
Corriente a máxima potencia (Impm): Es el valor de la corriente (en amperios) cuando el panel fotovoltaico se encuentra en su punto de máxima potencia (Pmpm).
Tensión a circuito abierto (Voc): Es el valor de tensión (en voltios) entre las bornas del panel fotovoltaico cuando éstas se encuentran abiertas.
Corriente a cortocircuito (Isc): Es el valor de la corriente (en amperios) cuando las bornas del panel se encuentran en cortocircuito.
Gráfica de radiación. Es una gráfica donde se muestra la radiación incidente sobre el panel: cuando éste se encuentra a la inclinación indicada en el apartado anterior Inclinación horizontal (º) y cuando se encuentra a una inclinación de 0º respecto a la horizontal. Los valores que se muestran consideran la orientación geográfica del mismo, de manera que no es la misma radiación la que se tendrá sobre un panel en el hemisferio norte orientado 0º respecto al sur que si el valor fuera otro diferente.
Respecto al conexionado de los diferentes paneles que forman un string (ramal conectado en serie), hemos de aclarar una serie de puntos:
1º) Los paneles fotovoltaicos, disponen de 2 puntos de conexión, uno para el polo positivo (+) y otro para el negativo (-).
2º) Cuando se conectan paneles en serie, se conecta el polo positivo de un panel con el polo negativo del otro y así hasta conectar todos los paneles que forman el string (ramal), de manera que finalmente quedarán solo dos terminales libres, uno estará en el primer panel y el otro (de signo contrario) estará en el último panel, de la siguiente forma:
Lo que aquí se podría traducir en una complicación para el usuario que tenga que introducir un numero elevado de paneles y con vista a simplificar el trabajo, se va a considerar que los paneles dispondrán de un único punto de conexión de manera que los conectaremos directamente uno con otro, sin preocuparnos por el polo positivo o negativo y que sea el programa el encargado en considerar que el conexionado se ha realizado correctamente, de manera que: Todo panel que esté interconectado con otro, el programa entenderá que está conectado en serie, formando un único string. De manera que se facilita el conexionado:
Y para poder conectar 2 o más string (ramales) en paralelo, se necesitará el uso de una Caja de conexión de manera que conectando la salida de cada string con un punto de conexión diferente de la caja de conexión, la salida de esta será el resultado de la conexión paralelo de los diferentes string (ramales), de la siguiente forma:
El regulador de carga, es el elemento encargado de controlar la carga de los acumuladores a partir de la energía fotovoltaica aportada por los paneles fotovoltaicos. El aspecto que presenta en el programa puede ser el siguiente:
La función del regulador es controlar el flujo de energía desde el campo de paneles (u otra fuente) hacia los acumuladores para su carga o hacia los receptores si estos demandan energía. También controlan la descarga de los acumuladores hacia los receptores, en el caso de que la energía producida por los paneles no es suficiente o bien estos no están produciendo energía alguna (es de noche o nublado).
Cuando se edita un regulador, se presenta un cuadro con un aspecto similar al que se indica en la figura siguiente:
Referencia: Aquí se indicará el nombre con el cual nos referiremos al propio regulador.
Tipo: En este apartado se indica el comportamiento del regulador o la forma de trabajar que tiene. Los tipos disponibles son:
Regulador de carga: Se comportará como un regulador de carga genérico, pudiéndolo asimilar como del tipo PWM (ancho de pulso modulado) o bien del tipo MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia). Si lo consideramos como del tipo PWM, tendremos que indicar al resto de parámetros que tomen valores propios de un inversor de ese tipo, como por ejemplo los valores de las tensiones máximas y mínimas del circuito fotovoltaico que haríamos iguales a la tensión del campo de acumuladores y receptores por ejemplo, para que tenga un comportamiento similar a un regulador real. En el caso que sea del tipo MPPT, tendríamos que indicar valores propios de modelos comerciales existentes en el mercado.
Regulador híbrido (Vsal. consumo en CA): En las instalaciones para autoconsumo, es normal disponer de reguladores que ya integran un inversor en su interior, de forma que la salida hacia el campo de receptores ya lo realiza en CA. Únicamente se activará esta opción si se ha seleccionado previamente el "Tipo de instalación: Autoconsumo" en los Datos generales.
Tensiones en acumuladores y receptores (V): Es el valor de la tensión que se aplica al campo de acumuladores y receptores. En el supuesto que sea un regulador con inversor incluido, solo será la tensión de carga de los acumuladores.
Tensiones máxima y mínima del circuito fotovoltaico (V): Aquí se indicarán los valores máximos y mínimos soportados por el dispositivo y a conectar con el campo de paneles. Eso quiere decir que el valor de la tensión del campo de paneles, tiene que estar comprendido entre estos dos valores máximos y mínimos.
Corriente fotovoltaica máxima (A): En este apartado se indicará la máxima corriente que el dispositivo es capaz de soportar y proveniente del campo de paneles.
Potencia fotovoltaica máxima para la tensión en acumuladores y receptores (W).
Potencia interna consumida (W): Es el valor de la potencia consumida por el propio dispositivo. Por lo normal, suele ser un valor muy pequeño en relación con la producida por los paneles.
Valores de salida en CA: Como se ha indicado anteriormente, el dispositivo también puede disponer de un inversor internamente, con lo cual la salida hacia el campo de receptores será en corriente alterna (CA).
Tensión de salida (V): Es el valor de la tensión de salida aplicada al campo de receptores.
Potencia máxima de salida (W): Es el valor de la máxima potencia que el dispositivo puede entregar al campo de receptores.
Tipo de salida: Se indica si la salida hacia el campo de receptores en CA, será en monofásico o trifásico.
En la
realidad, el regulador de carga ha de presentar al menos 3 conexiones. Una
para conectar con los paneles fotovoltaicos (u otra fuente), otra para
conectar con el campo de acumuladores y otra para conectar al campo de
receptores para su consumo. En la aplicación se han unificados en un solo
punto de conexión, pero no se descarta que en un futuro, se modifique por un
nuevo símbolo con esas tres conexiones.
El acumulador, es el elemento encargado de almacenar la energía para poder ser consumida por los receptores en el momento que estos lo precisen, aún cuando no produzca energía desde los paneles fotovoltaicos (u otra fuente) o bien esta no sea suficiente. El aspecto que presenta en el programa puede ser el siguiente:
Cuando se edita un Acumulador, se presenta un cuadro con un aspecto similar al que se indica en la figura siguiente:
Referencia: Aquí se indicará el nombre con el cual nos referiremos al propio acumulador.
Modelo: Se indica el modelo de acumulador seleccionado para realizar el cálculo. El modelo puede ser, o bien el indicado en el apartado correspondiente de Datos generales, para indicar los materiales o elementos por defecto o bien uno forzado de la base de datos de acumuladores.
Fabricante: Este apartado está relacionado con el anterior. El modelo está incluido dentro de una carpeta de fabricantes, de manera que en función del modelo seleccionado, aquí se presentará el fabricante que lo construye o distribuye.
Tipo: En lo referente al apartado tipo, más bien se refiere a la forma constructiva o tecnología de funcionamiento del acumulador. Dentro de los tipos disponibles, tenemos: OPzS, CPzS, TOPzS, OPzV, OSP, OGI, Li-Ion y otras en el caso que sea una tecnología diferente a todas las anteriores.
Parámetros eléctricos: En estos apartados, se proporciona información del modelo disponible en la base de datos (BD) de acumuladores. Se indica la corriente máxima y la tensión nominal, además de los diferentes capacidades y tensiones ofrecidas por el fabricante en su catálogo para las curvas C1, C5, C10, C20, C100 y C120.
Parámetros constructivos: Al igual que el apartado anterior indicaba información eléctrica del acumulador y proporcionada por el fabricante, aquí se indican los parámetros constructivos o físicos del acumulador y que también se encuentran presente en la BD de acumuladores. Estos parámetros son: Alto, Ancho, Largo, Peso y vida útil.
Los
acumuladores, al igual que los paneles fotovoltaicos, disponen de 2
conexiones para poder funcionar correctamente, un polo positivo (+) y otro
negativo (-). El criterio de conexionado, el mismo que el utilizado para
los paneles fotovoltaicos (apartado 2.2 de este capítulo). Siempre que conectemos directamente un
número de acumuladores, entenderemos que están en serie. Para poder montar
un ramal de acumuladores en paralelo con otro ramal (o más), lo haremos
utilizando cajas de conexión.
El Inversor, es el elemento encargado de transformar la corriente eléctrica continua proveniente del campo de paneles o acumuladores a corriente eléctrica alterna, para ser suministrada a la red eléctrica, al regulador o a los receptores, dependiendo del carácter de la instalación. El aspecto que presenta en el programa puede ser el siguiente:
Cuando se edita un inversor, se presenta un cuadro con un aspecto similar al que se indica en la figura siguiente:
Referencia: Aquí se indicará el nombre con el cual nos referiremos al propio inversor.
Modelo: Se indica el modelo de inversor que se ha seleccionado para realizar el cálculo. El modelo puede ser, o bien el indicado en el apartado correspondiente de Datos generales, para indicar los materiales o elementos por defecto o bien forzar uno en concreto seleccionado de la base de datos de inversores.
Fabricante: Este apartado está relacionado con el anterior. El modelo está incluido dentro de una carpeta de fabricantes, de manera que en función del modelo seleccionado, aquí se presentará el fabricante que lo construye o distribuye.
Tipo de uso: En este apartado se indica el tipo de uso para el inversor. Cuando se define un inversor en la base de datos (BD), se indican una serie de parámetros eléctricos de funcionamiento y constructivos. Entre los parámetros uno de ellos es el tipo de uso, donde indicaremos si el inversor está construido para ser utilizado en instalaciones para conexión a red o autoconsumo. En estos casos estarán siempre situados en el campo de paneles. Si el inversor es indicado para instalaciones aisladas, el inversor se situará en el campo de receptores y se utiliza para alimentar los receptores que necesitan corriente alterna para trabajar.
Entrada CC: En esta pestaña, se indican los parámetros característicos del inversor en su entrada en CC. Estos serán la Potencia máxima en CC, el Rango de tensiones de MPP, Tensión de entrada máxima y Corriente de entrada máxima y mínima. Estos parámetros son claves para configurar el campo de paneles ya que se tendrán que montar una configuración de paneles de manera que cumplan los parámetros de funcionamiento del inversor. Es necesario montar ramales (string) que tenga una tensión comprendida entre VMPPmax y VMPPmin. Además se buscará una cantidad de ramales en paralelo donde la potencia total de los paneles no supere el valor de Potencia en CC máx y la corriente igualmente tampoco supere la corriente máxima de CC del inversor.
Salida CA: En esta pestaña, se indican los parámetros característicos del inversor en su salida en CA. Estos parámetros de salida son las Potencias nominal y máxima de salida, Tensión nominal y Corrientes de salida máxima y mínima, además del Factor de potencia.
Datos del sistema: Aquí se indican el Rendimiento máximo (%) y los parámetros constructivos: Anchura, Profundidad, Altura y Peso.
El Convertidor de CC/CC, es el elemento encargado de transformar un valor de CC determinado a otro valor también de CC pero diferente al original. Este tipo de elemento, solo está disponible en las instalaciones aisladas con acumuladores y se conectan en el campo de receptores. Se comporta como una especie de transformador. Cuando insertamos un convertidor de CC/CC y editamos sus propiedades, se nos presenta un cuadro de diálogo con el aspecto siguiente:
Referencia: Aquí se indicará el nombre con el cual nos referiremos al propio convertidor.
Modelo: Se indica el modelo de convertidor de CC/CC se ha seleccionado para realizar el cálculo. El modelo puede ser, o bien el indicado en el apartado correspondiente de datos generales, para indicar los materiales o elementos por defecto, o bien forzar uno en concreto seleccionado de la base de datos de convertidores.
La caja de conexión es un elemento fundamental en el módulo TK-HE5, se utiliza principalmente para conectar diferentes ramales (string) y obtener la composición paralelo de su montaje. Al trabajar con un solo cable (como ya se indicó al comienzo del manual y siempre con vistas a facilitar el trabaja del usuario), la forma más sencilla de poder indicar que 2 o más ramas están en paralelo, es mediante el empleo de cajas donde conectarlo y de forma que la salida de esta caja, sea la composición paralelo de los mismos (se suman las corrientes y las tensiones se calculan según la ecuación:
1/Vs = 1/V1+1/V2+...+1/Vn
Cuando se edita una Caja de conexión (bloque paramétrico), se presenta un cuadro con un aspecto similar al que se indica en la figura siguiente:
Referencia: Aquí se indicará el nombre con el cual nos referiremos a la caja de conexión.
Número de pares de conexiones de entrada: Se dispone de diferentes símbolos para representar a las cajas de conexión, si se emplea el símbolo paramétrico, este valor indicará el número de pares de conexión que estarán disponibles para conectar los diferentes tramos. Dependiendo de este valor, las dimensiones del símbolo serán diferentes de manera que si el valor es elevado, el símbolo tendrá un mayor tamaño que si el número es más pequeño.
Caja de conexión/Sincronización a red trifásica: Cuando esta opción está activa, la salida de la caja será trifásica si al menos tenemos tres conexiones de entrada y el carácter de cada una esas conexiones es monofásico.
En la categoría de elemento auxiliar, se incorporan todos aquellos elementos que dentro del procedimiento de cálculo no tenga un peso importante, pero en lo referente al diseño eléctrico o mecánico sea necesario la información que aporte. Puede ser el caso de un elemento de medida, aparamenta, ...
Cuando insertamos un Elemento auxiliar y editamos sus propiedades, se nos presenta un cuadro de diálogo con el aspecto siguiente:
Referencia: Aquí se indicará el nombre con el cual nos referiremos al propio elemento.
El Receptor eléctrico, es el elemento que dentro de una instalación aislada con acumuladores (para otras casos no está disponible) consume la energía eléctrica producida. En función de la potencia y del tiempo de uso diario, se determinará la energía necesaria para hacerlo funcionar y a partir de ahí se determinará la capacidad de los acumuladores y de los paneles fotovoltaicos necesarios.
El elemento Consumo eléctrico corresponde a varios
receptores y se puede utilizar para instalaciones aisladas con acumuladores
y autoconsumo.
Un bloque de la carpeta de la Categoría Receptor eléctrico, puede ser cualquier elemento capaz de consumir energía eléctrica. Con el programa se aportan diferentes símbolos para su representación, pero el usuario puede añadir nuevos elementos (nevera, televisión...) diferentes a los disponibles:
Cuando insertamos o editamos las propiedades de un recetor, se nos presenta un cuadro de diálogo con un aspecto similar al siguiente:
Referencia: Aquí se indicará el nombre con el cual nos referiremos al propio Receptor eléctrico.
Modelo: Se indica el modelo de recetor que se ha seleccionado para realizar el cálculo. El modelo puede ser, o bien el indicado en el apartado correspondiente de datos generales, para indicar los materiales o elementos por defecto, o bien forzar uno en concreto seleccionado de la base de datos de inversores.
Fabricante: Este apartado está relacionado con el anterior. El modelo está incluido dentro de una carpeta de fabricantes, de manera que en función del modelo seleccionado, aquí se presentará el fabricante que lo construye o distribuye.
Parámetros eléctricos: En este apartado se informa de las características eléctricas del receptor. Estos parámetros están disponibles para edición en la base de datos (BD) de receptores, de manera que accediendo a la misma, se pueden modificar o incluso definir nuevos receptores. Estos parámetros son: Potencia de consumo (W), Voltajes (V) de servicio y mínimo, Rendimiento (%), Tipo de red que puede ser CC o CA y si tiene Carácter de luminaria.
Características de usos: Este apartado se corresponde con la programación de uso esperado del dispositivo. Si se observa la imagen del cuadro de diálogo anterior, inicialmente en la programación, se contemplan que el aparato pueda tener 3 momentos de marcha/paro, en el cual se indica un intervalo de tiempo. Desplazando las barras de inicio-fin, se consigue definir los momentos (minuto a minuto) de marcha-paro. En la figura anterior, el dispositivo entraría en funcionamiento a las 00:44 h y se detendría a las 02:21 h, así permanecería hasta las 04:29 h que volvería a entrar a funcionar hasta las 13:20 h que de nuevo se detendría y ya por último a las 16:07 h volvería a funcionar para detenerse a las 18:38 h. De esta forma, el total de horas de uso sería de 12,98 horas (12h y 59 minutos). Ahora bien, esta programación se ha indicado para los lunes de enero, eso habría que definirlo para el resto de días de todos los mes y para ello seleccionaríamos otro día de la semana y otro mes y así con todo. Si necesitamos copiar una programación, utilizaríamos el botón, Unificar planificación.
Los
receptores, al igual que los paneles fotovoltaicos, disponen de 2
conexiones para poder funcionar correctamente, un polo positivo (+) y otro
negativo (-). El criterio de conexionado, el
mismo que el utilizado para los paneles fotovoltaicos (apartado 2.2
de este documento). Siempre que conectemos directamente un
número de acumuladores, entenderemos que están en serie. No es recomendable
utilizar elementos en serie dentro de una instalación interior, ya que sobreentiende que todos los elementos estarán diseñados para trabajar a una
tensión concreta y si fuera necesario otro valor, se utilizaría un inversor
o bien un convertidor de CC a CC en su caso. Para poder conectar
un receptor con otro en paralelo (o más), lo haremos
utilizando cajas de conexión.
El Consumo eléctrico, es el elemento formado por un conjunto de receptores eléctricos, cada uno con su propia programación de uso diario diferentes. En función de la potencia y del tiempo de uso diario, se determinará la energía necesaria para hacerlos funcionar y, a partir de ahí se determinará la capacidad de los acumuladores y de los paneles fotovoltaicos necesarios.
Con el programa se aporta un símbolos para su representación, pero el usuario puede añadir nuevas formas de representación diferentes a la disponible:
Cuando insertamos o editamos las propiedades del consumo, se nos presenta un cuadro de diálogo con un aspecto similar al siguiente:
Referencia: Aquí se indicará el nombre con el cual nos referiremos al propio consumo.
Día del año: En estos apartados, seleccionaremos el mes y el día de la semana del cual queremos comprobar la energía consumida.
Lista de receptores: En esta lista, se encuentran los diferentes receptores forman parte del elemento de consumo. Se muestra la cantidad, el modelo, tipo de red (CC o CA), la potencia consumida, el número de horas al día y la energía final consumida por cada uno de ellos (E = P (W) x Nº horas (h/día).
Cuando se accede al botón de añadir o editar un receptor, se muestra un cuadro de diálogo similar al que se muestra a continuación:
Solo está indicado el uso de un único elemento, Consumo eléctrico, en la instalación. A este
consumo le indicaremos que receptores están contenidos en él y la
programación de uso que tiene definido cada uno de ellos.
Los elementos, Consumos y Receptores individuales, son incompatibles
gráficamente. Con ello se quiere decir que, si hemos instalado gráficamente
(dibujado) un elemento de tipo Consumo, no podremos definir gráficamente
ningún receptor. Todos los receptores que existan si está también definido
un elemento Consumo, se definirán como parte del consumo. Ahora bien, si es
posible definir tantos elementos, Receptor, que se deseen (correctamente conectados
mediante cajas de conexión) si no se emplean elementos Consumo.
Antes de empezar a situar los elementos citados en el apartado anterior (paneles fotovoltaicos, acumuladores, cableado, receptores...), tenemos que tener claro que tipo de instalación necesitamos para nuestro uso. El programa distingue 3 tipos de instalaciones, con sus correspondientes particularidades y características:
Dentro de los ejemplos suministrados con el programa, se encuentran:
En este tipo de instalación, la producción de energía generada en el campo de paneles es destinada íntegramente a su venta a la red eléctrica de distribución.
Básicamente, el esquema sería:
Este tipo de configuración es para instalaciones que son independientes (aisladas) de la energía eléctrica de la red convencional, por lo tanto el consumo eléctrico ha de ser proporcionado íntegramente por la instalación solar fotovoltaica, que almacenará la generación eléctrica en baterías para cuando sea solicitada.
El esquema básico sería:
Una instalación de autoconsumo tiene por función que el uso de la energía generada por la propia instalación sea para el consumo propio con el consecuente ahorro energético.
- Instalación de autoconsumo aislada:
Son instalaciones de autoconsumo que se encuentran conectadas con el interior de una red de consumo (menú Insertar/Consumo eléctrico) pero que no cuentan con conexión eléctrica física a la red de transporte o distribución. El almacenamiento de energía con baterías es imprescindible en este tipo de instalaciones solares fotovoltaicas, con el fin de garantizar un suministro eléctrico durante al menos 24 horas.
Este tipo de instalaciones de autoconsumo, suele encontrarse en regiones donde la red eléctrica no llega por la imposibilidad o por el elevado coste de llevarla, como por ejemplo en zonas rurales con baja población y alejadas de grandes núcleos urbanos. Además, también se utilizan en señalización terrestre (alumbrado, señales de tráfico, semáforos) o en aplicaciones industriales como en torres de telecomunicación, entre otras.
Las instalaciones aisladas de la red están compuestas por placas solares fotovoltaicas, un regulador de carga, acumuladores o baterías solares e inversores fotovoltaicos.
Este tipo de conexión, se puede considerar como una instalación fotovoltaica aislada de la red eléctrica (apartado anterior 3.2), solo que desde el punto de vista del programa, se dispondrá de diferentes recursos disponibles para distinguirlas.
- Instalación de autoconsumo conectada a red:
Son instalaciones fotovoltaicas para autoconsumo que se encuentran conectadas con el interior de una red de consumo, pero también se encuentran conectadas con una conexión eléctrica física a la red de transporte o distribución.
La acumulación o almacenamiento de energía no es imprescindible en este tipo de instalaciones de autoconsumo solar ya que se recurre a la red eléctrica en los casos de baja o nula generación de energía verde por parte de los paneles solares. En algunos casos, se utilizan baterías para consumir mayor cantidad de energía solar que la procedente de la red eléctrica.
A destacar también que en las instalaciones de autoconsumo, como elemento receptor, solo se puede utilizar el elemento tipo "Consumo", no está permitido el uso de receptores eléctricos individuales, este último tipo, se queda reservado para las instalaciones aisladas de la red eléctrica.
Podemos distinguir los siguientes esquemas dentro de la aplicación para una instalación de autoconsumo:
Este primero incluye un regulador que también es inversor:
Y también:
En estos dos casos, para que no se tengan en cuenta el campo de acumuladores, se deberá indicar que el
Número de días de autonomía es cero (opción del menú Datos/Generales.../General).
Una vez que se tiene claro que tipo de instalación deseamos, llega el momento de abordar el diseño de ésta con TK-HE5. Como ya se ha indicado anteriormente, para empezar a trabajar en un proyecto de este tipo es necesario partir de un proyecto ya definido (capítulo TK-Edificio), en el que al menos se hayan detallado la Localidad, el Orientación norte y los posibles elementos de sombra.
Una vez guardado el capítulo TK-Edificio, habrá que crear un nuevo capítulo desde Datos->Capítulo nuevo->Instalación solar fotovoltaica (HE5). De esta manera, TeKton3D entrará en TK-HE5, mostrando las opciones específicas de éste que se pueden comprobar en los menús Insertar, Datos y Calcular.
El primer paso para abordar el diseño y cálculo de la instalación será, como en otros módulos de TeKton3D, entrar en Datos->Generales y definir una serie de opciones básicas que influirán en el desarrollo del proyecto. El cuadro de diálogo de Datos Generales contiene una serie de solapas, que veremos a continuación:
Este cuadro contiene opciones generales de la aplicación.
Las opciones disponibles son:
En el caso de no tener un campo de acumuladores, como puede ser una
instalación de Autoconsumo, se deberá indicar que el
Número de días de autonomía es cero (opción del menú Datos/Generales.../General).
En este cuadro se asignarán los materiales por defecto para los elementos que forman parte de la instalación fotovoltaica. El material a elegir debe encontrarse definido en la base de datos del programa (en la opción de menú: Archivo->Bases de datos->Electricidad)
Los diferentes elementos a elegir por defecto, son los indicados en la figura siguiente:
Materiales por defecto: se tendrán seleccionados de la base de datos los diferentes elementos que se asignarán a los nuevos elementos que se añadan en el proyecto. De esta forma, lo que se consigue es definir el tipo (modelo) que tendrán los nuevos elementos que se inserten en el entorno 3D. Mediante el botón, Cambiar>>, podrá seleccionar otro de la base de datos o ver sus características.
Descripción automática: en este apartado se pueden activar, o desactivar, las opciones para que el programa durante el proceso de cálculo asigne nombres a los elementos de la instalación, que contengan el número de nudo al que conecta, y el orden dentro de los elementos que forman la instalación. Estas opciones implican que el nombre original del elemento (que pudiera estar definido por el usuario), sería sustituido por un nuevo nombre indicado por el programa durante el proceso de cálculo y obtenido en función de la posición y lugar que ocupa dentro de la misma.
La solapa Etiquetas contiene los nombres que por defecto se dará a los diferentes tipos de elementos que son posible utilizar en la instalación:
Etiqueta de la referencia por defecto: en este apartado se indican los nombres que tendrán por defecto las diferentes categorías. De esta forma, se consigue que cada vez que se inserte un elemento en la instalación, el nombre por defecto será el que corresponde con su categoría y que se ha indicado en esta carpeta. Esta opción es útil cuando queremos diferenciar la nomenclatura de los elementos que forman la instalación aún siendo del mismo tipo. Por ejemplo, deseamos nombrar de forma diferentes los elementos conectados a un inversor (paneles, cables, cajas...) con otro.
La solapa Cumplimiento del HE5 (CTE) contiene opciones específicos referente a las especificaciones del documento HE5 del CTE:
Código técnico de la edificación. En este apartado se reúnen una serie de criterios que afectan a las especificaciones del CTE.
Contribución necesaria. En este apartado se realiza el cálculo de la aportación necesaria de energía fotovoltaica a aportar la edificación en función del tipo de uso de la misma y de la superficie ocupada por estas. Estos valores serán calculados según las especificaciones del DB HE5.
La potencia nominal mínima a instalar se calculará mediante la ecuación:
P = C · ( 0,002 · S - 5)
donde:
P = Potencia nominal a instalar (kW)
C = Coeficiente definido en la tabla 2.1 del CTE-HE5
S = Superficie construida
Pérdidas límite. En este apartado se indican los valores de las pérdidas límite a considerar en función de la disposición de los módulos. Dependiendo del tipo de disposición de los mismos, las exigencias de pérdidas por sombreado, orientación e inclinación y la combinación de éstas, serán diferentes. Para una disposición general, las exigencias de pérdidas son más restrictivas que para una disposición de superposición, y éstas serán mayores que para Integración arquitectónica.
La solapa Criterios de cálculo opciones específicos para el cálculo de las instalaciones fotovoltaicas:
Caídas de tensión límite y sección mínima del cable. En este apartado se indicará el valor máximo de la caída de tensión permitida en los respectivos tipos de tramos de conductor. Se han considerado diferentes tipos de tramos, dependiendo del lugar que ocupa dentro de la instalación. Dependiendo de ello, se asigna un valor máximo de caída de tensión que será utilizado para el dimensionado del cableado por el criterio de caída de tensión máxima. También se definirá el tamaño mínimo de partida del cableado, que igualmente también se tendrá encuentra en función del tipo de cable, en función del lugar en el que se encuentre y del cálculo y en función de la corriente que circula por él.
Margen de seguridad en el dimensionado de conductores y materiales. En este apartado se establece el valor de los márgenes de seguridad en el dimensionado de las secciones de los conductores dependiendo del campo al que pertenezca (paneles, acumuladores y receptores). El margen se emplea para sobredimensionar la corriente que esté circulando por el conductor, con vistas a obtener una sección de cableado que garantice la circulación de la corriente máxima a circular por los mismos. También es posible establecer los valores característicos de resistividad de los materiales empleados para los conductores. Este último campo no es normal que se modifique, solo que se da la posibilidad con fines docentes.
Cálculo de pérdidas: en este apartado se definen los criterios a considerar durante el cálculo de las posibles perdidas producidas en las instalación a consecuencia de la orientación, la inclinación y el sombreado, ya sea por los propios paneles, así como por la edificación en la que se encuentra la instalación o bien la colindante a esta. Es posible realizar solo el cálculo del valor de esta o bien que el efecto de ella se traslade a los resultados.
Discretización de paneles fotovoltaicos para el cálculo de sombras. En este apartado se indica el valor de discretización o, lo que es lo mismo, el número de zonas en los que se divide cada panel para su estudio. Cuanto mayor sea el número de estas divisiones, más preciso será el resultado, ya que se entiende que al aumentar el fraccionamiento, y se conseguirán unos resultados más exactos. Pero por otro lado, se incrementará el tiempo de cálculo. Lo ideal es trabajar con un valor intermedio que aporte un resultado eficiente para un tiempo de cálculo lo más corto posible. Valores entre 25 y 100 pueden ser unos valores apropiados.
El módulo de TK-HE5 dispone de 2 asistente para generación de
instalaciones solares fotovoltaicas. Uno de ellos es para instalaciones
aisladas y el otro para instalaciones de conexión a la red eléctrica. El
acceso a ellos se realiza desde la opción de menú Datos/Asistente de solar
fotovoltaica ().
El cuadro de dialogo que se muestra y que desde el cual se podrá indicar que tipo de asistente deseamos utilizar, es el que se muestra en la figura siguiente:
Se puede claramente distinguir a que tipo de instalación corresponde cada uno de ellos y para el acceso a estos, solo hay que pulsar sobre una de las dos figuras.
Para las instalaciones de autoconsumo se podrá aprovechar en parte estos
asistentes.
Una instalación solar fotovoltaica aislada, es aquella que asegura durante unos días de autonomía, la cantidad de energía necesaria para hacer funcionar los dispositivos eléctrico según un plan de consumo preestablecido. Esta energía con la que hacer funcionar los dispositivos se producirá en las placas fotovoltaicas y se almacenará en los acumuladores, dispuesta para el consumo por los elementos receptores.
El esquema básico de una instalación de este tipo, podría ser tal como se indica en la figura siguiente:
La idea consiste en establecer un número de receptores que consumirán la energía eléctrica durante ciertas horas del día, las cuales deberemos establecer.
El programa Tekton3D, es capaz de realizar una simulación hora a hora de cada uno de los días del año, de forma que es posible conocer la producción de energía eléctrica para cada hora en concreto ya que el estudio se realiza para las 8.760 horas que componen un año. Por motivos de sencillez, el procedimiento que se va a explicar es el método general, el cual es más sencillo de explicar y es el que se ha venido utilizando hasta ahora en el cálculo de la radiación solar. El cálculo que realiza el programa es mucho más extenso y su desarrollo a la hora de explicarlo quedaría fuera de la idea inicial de este manual.
El lugar geográfico donde se pretende realizar la instalación, es un factor importante ya que de él depende la radiación solar. No será lo mismo realizar esta instalación en una región del sur de España que en el norte. Esto es debido a que las condiciones climáticas (radiación solar, temperaturas...) serán diferentes.
Si la instalación estará ubicada por ejemplo en Madrid, podemos considerar que los valores de radiación media mensual sobre superficie horizontal serán de:
RADIACIÓN HORIZONTAL (kWh/m²·día) | ENE | FEB | MAR | ABR | MAY | JUN | JUL | AGO | SEP | OCT | NOV | DIC |
1,89 | 2,67 | 3,78 | 4,83 | 5,94 | 6,64 | 7,19 | 6,42 | 4,78 | 3,28 | 2,14 | 1,67 |
Los valores anteriores se pueden interpretar como horas de sol pico (1HSP = 1kWh) por lo que se podría relacionar directamente con la potencia pico del módulo o en su defecto, del generador fotovoltaico.
Si consideramos por ejemplo un generador fotovoltaico de 0,75 kWp colocados en horizontal, la energía producida por este en el mes de Abril = 0,75 kW · 4,83 HSP = 3,62 kWh.
Ahora bien, si el generador está a una determinada inclinación y orientación, por ejemplo: 30º de inclinación sobre la horizontal y orientación suroeste, la energía producida con esta nueva inclinación y orientación se determina multiplicando la energía producida horizontalmente por el factor K de la tabla que se muestra a continuación sería:
E = PFV · HSP · K = 0,75 kW · 4,83 HSP · 1,05 = 3,80 kWh
ORIENT/INCLINA | ENE | FEB | MAR | ABR | MAY | JUN | JUL | AGO | SEP | OCT | NOV | DIC |
Este/Oeste 30º | 0,93 | 0,93 | 0,94 | 0,93 | 0,93 | 0,93 | 0,94 | 0,94 | 0,93 | 0,94 | 0,96 | 0,96 |
Este/Oeste 45º | 0,88 | 0,88 | 0,89 | 0,87 | 0,85 | 0,86 | 0,88 | 0,88 | 0,86 | 0,89 | 0,92 | 0,93 |
Este/Oeste 60º | 0,82 | 0,81 | 0,82 | 0,79 | 0,77 | 0,78 | 0,79 | 0,81 | 0,78 | 0,82 | 0,85 | 0,86 |
Suroeste 30º | 1,33 | 1,25 | 1,15 | 1,05 | 0,98 | 0,95 | 0,96 | 1,02 | 1,09 | 1,20 | 1,33 | 1,43 |
Suroeste 45º | 1,41 | 1,30 | 1,15 | 1,01 | 0,91 | 0,87 | 0,88 | 0,97 | 1,06 | 1,22 | 1,41 | 1,54 |
Suroeste 60º | 1,39 | 1,27 | 1,10 | 0,93 | 0,81 | 0,76 | 0,78 | 0,88 | 1,00 | 1,19 | 1,39 | 1,56 |
Sur 30º | 1,52 | 1,41 | 1,23 | 1,08 | 0,98 | 0,93 | 0,95 | 1,03 | 1,16 | 1,32 | 1,49 | 1,67 |
Sur 45º | 1,67 | 1,49 | 1,25 | 1,04 | 0,90 | 0,84 | 0,85 | 0,97 | 1,15 | 1,37 | 1,64 | 1,86 |
Sur 60º | 1,72 | 1,52 | 1,20 | 0,94 | 0,78 | 0,70 | 0,72 | 0,85 | 1,08 | 1,35 | 1,67 | 1,96 |
Estos valores utilizados anteriormente están disponibles en tablas creadas para tal fin, donde se facilitan estos coeficientes. El programa no precisa de utilizar dichas tablas durante el proceso de cálculo, ya que él es capaz de obtener la radiación incidente real para cada panel, dependiendo de la inclinación, orientación y localización, solo que mostramos el proceso para indicar de una forma más sencilla el procedimiento de cálculo.
La energía producida realmente por la instalación, ha de ser igual o superior a la demanda de energía para todos los meses del año, si deseamos considerar a la instalación autosuficiente. El mes más desfavorable, será aquel en el que la diferencia entre la energía generada a causa de la radiación solar y la demanda de energía a consumir, es mayor. Si partimos de que la demanda es constante, los meses de invierno serán los más desfavorable, ahora bien, si la demanda no es constante, pudiendo variar de un mes a otro, entonces habrá que evaluar de forma separada cada uno de los meses, para obtener cual es.
La energía del generador, se ha de calcular de manera que garantice que en el mes más desfavorable (mayor diferencia entre producción y consumo) se pueda satisfacer la demanda, tal y como se hizo en el apartado anterior:
E = PFV · HSP · K
Este criterio solo sería válido, en un circuito en el que el rendimiento de todos los elementos tuviera un comportamiento ideal, algo muy alejado de la realidad, ya que hay que considerar una serie de pérdidas debidas a los siguientes factores:
El efecto combinado de los coeficiente Kc, Kbi y Ka, se pueden agrupar en un único factor llamado Kp = Kc · Kbi · Ka.
Una vez visto esto, podemos volver a establecer la ecuación de la energía generada (Ep) como:
Ep = E · Kp = PFV · HSP · K · Kp
Como ejemplo, vamos a considerar las necesidades para electrificar una casa sin conexión eléctrica a la red en una zona rural, que será utilizada por una familia de 4 personas durante todos los días de la semana:
CANTIDAD | MODELO | RED | POTENCIA UNITARIA (W) | H/DÍA | CONSUMO (Wh) |
6 | LAMPARAS | CA | 40 | 04:00 | 960,00 |
1 | TELEVISIÓN TAMAÑO-PEQUEÑO | CA | 70 | 03:00 | 210,00 |
1 | ORDENADOR PORTATIL | CA | 60 | 02:30 | 150,00 |
1 | NEVERA (FUNCIONANDO EL MOTOR EL 50% DEL DÍA) | CA | 150 | 1/2 DÍA (12:00) | 1.800,00 |
1 | MICROONDAS | CA | 750 | 00:30 | 375,00 |
3.495,00 |
Al sumar los diferentes consumos parciales, obtenemos el consumo total estimado para un día:
Total consumos (Wd) = 3.495,00 Wh/día
En este paso, se realizará el cálculo para determinar el número de módulos necesarios, que obtenemos en función de las condiciones de radiación más desfavorables. La expresión para el cálculo de la potencia del generador, (EP = Wd) será:
PFV = Wd / ( HSP · K · Kp )
Si consideramos en el diseño que los paneles tendrán una orientación sur y la inclinación de los mismos será de 45º, podremos obtener de las tablas anteriores los valores correspondientes y sustituirlos en la expresión anterior:
HSP:
RADIACIÓN HORIZONTAL (kWh/m²·día) | ENE | FEB | MAR | ABR | MAY | JUN | JUL | AGO | SEP | OCT | NOV | DIC |
1,89 | 2,67 | 3,78 | 4,83 | 5,94 | 6,64 | 7,19 | 6,42 | 4,78 | 3,28 | 2,14 | 1,67 |
K:
ORIENTACIÓN/INCLINACIÓN | ENE | FEB | MAR | ABR | MAY | JUN | JUL | AGO | SEP | OCT | NOV | DIC |
SUR 45º | 1,67 | 1,49 | 1,25 | 1,04 | 0,90 | 0,84 | 0,85 | 0,97 | 1,15 | 1,37 | 1,64 | 1,86 |
Kp: El efecto combinado de los correspondientes coeficientes de pérdidas supongamos que es: Kc: 6% (0,94), Kbi: 10% (0,90) y Ka: 20% (0,80) tendremos: Kp = 0,94 · 0,90 · 0,80 = 0,68
PFV = 3.495 / (1,67 · 1,86 · 0,68) = 1.654,66 Wp
Una vez que sabemos la potencia fotovoltaica necesaria, necesitamos conocer la potencia aportada por cada panel (Pp) para obtener el número que necesitamos.
Np = PFV / Pp
El dimensionado de los acumuladores se ha de ajustar lo máximo posible a la energía producida y a la consumida ya que normalmente, suele existir un desajuste entre ambos. Lo normal es consumir la energía por la noche, además de no consumirse en cada momento del día lo que se produce. La función del acumulador es aportar la energía suficiente durante los momentos en los que no se produce o bien la energía que se produce no es suficiente.
Otro factor importante a la hora de dimensionar los acumuladores, es considerar que estos sean capaces de aportar la energía suficiente para suplir la demanda durante un número de días donde no hay producción, como pueden ser días de lluvia, nublado... De tal manera que aunque la producción se reduzca, o bien se anule, el sistema será capaz de seguir aportando energía para su consumo. A estos días se le conoce como días de autonomía (Nd) y, por lo general, suelen oscilar entre 3 y 5 para una instalación autosuficiente.
Otro parámetro que también se ha de tener en cuenta en el empleo de acumuladores, es el valor de la profundidad de descarga (Pd), que nos dará una idea de hasta cuanto descargaremos al acumulador. Mientras mayor sea la profundidad de descarga, menos serán los ciclos de duración del acumulador. Si se llega a descargar el acumulador en su totalidad, se reducirá el rendimiento del mismo para futuros ciclos de carga, pudiendo incluso llegar a su inutilización. Lo que quiere decir que la capacidad útil del acumulador se reduce en función de la profundidad de descarga.
La capacidad total del acumulador (Ct) viene representado por la siguiente expresión:
Ct = Wd · Nd / ( Vn · Pd )
Si partimos de los datos iniciales de consumo de 3.495,00 Wh/día, establecemos 3 días de autonomía, una tensión del acumulador de 24 V y una profundidad de descarga del 50%, tendremos:
Ct = (3.495 Wh/día · 3 día) / (24 V · 0,5) = 873,75 Ah
En los puntos anteriores, se ha explicado el procedimiento a seguir para realizar un predimensionado de una instalación solar aislada con acumuladores. El programa dispone de un asistente que permite realizar todos estos pasos, así como proponerle una solución y además le realiza el trazado de la misma. Esta solución que el programa le propone es atendiendo los criterios anteriores, pero que el usuario podrá modificar a voluntad de modo que el trazado final será el que el usuario considere oportuno.
El asistente para este tipo de instalaciones, está disponible desde la opción de menú Datos/Asistente solar fotovoltaica:
Cuando seleccionamos el Asistente para instalaciones solares fotovoltaicas aisladas, se muestra un cuadro de dialogo similar al que se muestra en la figura siguiente:
Como se puede apreciar, existen 7 apartados diferenciados:
(1) Localización. Aquí se indican los datos de la localización (información recogida en la Base de datos de la Localidad) y la posición geográfica de ésta (Latitud y Longitud).
(2) Consumo diario. Este apartado mostrará el consumo diario de los diferentes receptores presentes en la instalación:
Cuando se pulsa el botón Añadir... o
Editar..., se accede al
cuadro de datos del receptor, donde se indicará el modelo de
receptor, así como la cantidad de ellos instalados. También es
posible indicar el horario de funcionamiento de los mismos. Este
proceso de selección e introducción de horarios, está explicado
en el apartado 2.10.-
Receptor eléctrico.
(3) Acumuladores. Este apartado contiene el número de acumuladores necesarios para garantizar el funcionamiento de la instalación con los consumos programados para un número de días de autonomía:
Tensión del sistema = Nº de acumuladores x Voltaje del acumulador
(4) Paneles fotovoltaicos. En este apartado, se muestra la configuración de paneles a instalar en la instalación, siempre partiendo de las necesidades de los receptores a instalar y de sus consumos previstos.
Tensión FV (máx.) ≥ Nº de paneles x Voltaje del panel ≥ Tensión FV (min.)
Potencia instalada ≥ Potencia mínima necesaria
(5) Regulación. En este apartado, se indican valores característicos del sistema de regulación.
(6) Perdidas en la instalación. El apartado, contempla 3 factores de seguridad para suplir las posibles pérdidas ocasionadas en las 3 diferentes partes principales de la instalación.
(7) Solución del sistema. En este apartado, se muestra un resumen de los resultados obtenidos desde la solución del cliente. El apartado, contempla 3 factores de seguridad para suplir las posibles pérdidas ocasionadas en las 3 diferentes partes principales de la instalación.
El asistente propondrá una solución (en color azul) para el número de paneles fotovoltaicos, acumuladores, distancias..., que estará en función del consumo de los receptores, de la localización, de la orientación e inclinación y de los días de autonomía. La solución propuesta por el usuario (en color negro), será la que finalmente se llevará al proyecto, una vez que se acepten los resultados.
Si una vez que realizamos toda la entrada de datos, nos quedara una solución como la propuesta para el siguiente ejemplo:
Al aceptar los resultados, se cerrará el cuadro y volveremos a la vista de la aplicación, donde el cursor habrá cambiado permitiendo al usuario localizar un punto de inserción dentro de la misma. Una vez que se indica dicho punto en la vista 3D, el programa realiza un trazado automático de la instalación propuesta por el asistente:
Una instalación solar fotovoltaica para conexión a la red eléctrica, es aquella que produce energía eléctrica a partir de la radiación solar y la inyecta a la red eléctrica. Este tipo de instalaciones también las utilizaremos con la aplicación Tekton3D para el estudio de un campo de paneles solares y la energía generada por este.
El esquema básico de una instalación de este tipo, podría ser tal como se indica en la figura siguiente:
La idea consiste en interconectar un número de paneles fotovoltaicos a un inversor y estudiar la energía eléctrica que finalmente se inyecta a la red eléctrica.
El programa Tekton3D, es capaz de realizar una simulación hora a hora de cada uno de los días del año, de forma que es posible conocer la producción de energía eléctrica para cada hora en concreto ya que el estudio se realiza para las 8.760 horas que componen un año. Por motivos de sencillez, el procedimiento que se va a explicar es el método general, el cual es más sencillo de explicar y es el que se ha venido utilizando hasta ahora en el cálculo de la radiación solar. El cálculo que realiza el programa es mucho más extenso y su desarrollo quedaría fuera de la idea inicial de este manual.
El procedimiento es similar al empleado en el apartado 6.1, solo que ahora realizaremos el estudio para el año completo.
Si la instalación estará ubicada por ejemplo en Madrid, podemos considerar que los valores de radiación media mensual sobre superficie horizontal serán de:
RADIACIÓN HORIZONTAL (kWh/m²·día) | ENE | FEB | MAR | ABR | MAY | JUN | JUL | AGO | SEP | OCT | NOV | DIC |
MADRID | 1,89 | 2,67 | 3,78 | 4,83 | 5,94 | 6,64 | 7,19 | 6,42 | 4,78 | 3,28 | 2,14 | 1,67 |
Los valores anteriores se pueden interpretar como horas de sol pico (1HSP = 1kWh) por lo que se podría relacionar directamente con la potencia pico del módulo o en su defecto, del generador fotovoltaico.
Si consideramos por ejemplo un generador fotovoltaico de 1,5 kWp colocado en horizontal, la energía producida por este para cada mes, será:
ENERGÍA (kWh) | ENE | FEB | MAR | ABR | MAY | JUN | JUL | AGO | SEP | OCT | NOV | DIC |
MADRID (GF: 1,5 kWp) | 2,84 | 4,01 | 5,67 | 7,25 | 8,91 | 9,96 | 10,79 | 9,63 | 7,17 | 4,92 | 3,21 | 2,51 |
Ahora bien, si el generador está a una determinada inclinación y orientación, por ejemplo: 45º de inclinación sobre la horizontal y orientación suroeste, la energía producida con esta nueva inclinación y orientación se determina multiplicando la energía producida horizontalmente por el factor K de la tabla que se muestra a continuación sería:
E = PFV · HSP · K
ORIENT/INCLINA | ENE | FEB | MAR | ABR | MAY | JUN | JUL | AGO | SEP | OCT | NOV | DIC |
Este/Oeste 30º | 0,93 | 0,93 | 0,94 | 0,93 | 0,93 | 0,93 | 0,94 | 0,94 | 0,93 | 0,94 | 0,96 | 0,96 |
Este/Oeste 45º | 0,88 | 0,88 | 0,89 | 0,87 | 0,85 | 0,86 | 0,88 | 0,88 | 0,86 | 0,89 | 0,92 | 0,93 |
Este/Oeste 60º | 0,82 | 0,81 | 0,82 | 0,79 | 0,77 | 0,78 | 0,79 | 0,81 | 0,78 | 0,82 | 0,85 | 0,86 |
Suroeste 30º | 1,33 | 1,25 | 1,15 | 1,05 | 0,98 | 0,95 | 0,96 | 1,02 | 1,09 | 1,20 | 1,33 | 1,43 |
Suroeste 45º | 1,41 | 1,30 | 1,15 | 1,01 | 0,91 | 0,87 | 0,88 | 0,97 | 1,06 | 1,22 | 1,41 | 1,54 |
Suroeste 60º | 1,39 | 1,27 | 1,10 | 0,93 | 0,81 | 0,76 | 0,78 | 0,88 | 1,00 | 1,19 | 1,39 | 1,56 |
Sur 30º | 1,52 | 1,41 | 1,23 | 1,08 | 0,98 | 0,93 | 0,95 | 1,03 | 1,16 | 1,32 | 1,49 | 1,67 |
Sur 45º | 1,67 | 1,49 | 1,25 | 1,04 | 0,90 | 0,84 | 0,85 | 0,97 | 1,15 | 1,37 | 1,64 | 1,86 |
Sur 60º | 1,72 | 1,52 | 1,20 | 0,94 | 0,78 | 0,70 | 0,72 | 0,85 | 1,08 | 1,35 | 1,67 | 1,96 |
El resultado final para cada mes será:
ENERGÍA (kWh) | ENE | FEB | MAR | ABR | MAY | JUN | JUL | AGO | SEP | OCT | NOV | DIC | AÑO |
MADRID - SO 45º - (GF: 1,5 kWp) | 4,00 | 5,21 | 6,52 | 7,32 | 8,11 | 8,67 | 9,49 | 9,34 | 7,60 | 6,00 | 4,53 | 3,86 | 80,63 |
Estos valores utilizados anteriormente están disponibles en tablas creadas para tal fin, donde se facilitan estos coeficientes. El programa no precisa de utilizar dichas tablas durante el proceso de cálculo, ya que él es capaz de obtener la radiación incidente real para cada panel, dependiendo de la inclinación, orientación y localización, solo que mostramos el proceso para indicar de una forma más sencilla el procedimiento de cálculo.
La energía del generador, se calcula según se ha indicado en el apartado anterior, de manera que:
E = PFV · HSP · K
Este criterio solo sería válido, en un circuito en el que el rendimiento de todos los elementos tuviera un comportamiento ideal, algo muy alejado de la realidad ya que hay que considerar una serie de pérdidas debidas a los siguientes factores:
El efecto combinado de los coeficiente Kc, y Kbi se pueden agrupar en un único factor llamado Kp = Kc · Kbi.
Una vez visto esto, podemos volver a establecer la ecuación de la energía generada (Ep) como:
Ep = E · Kp = PFV · HSP · K · Kp
En los puntos anteriores, se ha explicado el procedimiento a seguir para realizar un predimensionado de una instalación solar para conexión a la red. El programa dispone de un asistente que permite realizar todos estos pasos, así como proponerle una solución y realizar el trazado de la misma. Esta solución, que el programa le propone, se realiza atendiendo a los criterios anteriores, pero que el usuario podrá modificar a voluntad de modo que el trazado final será el que el usuario considere oportuno.
La idea básica del asistente es que a partir de una potencia mínima instalada que el usuario indique, se buscará una solución válida a partir de los modelos de inversor y de paneles fotovoltaicos. Además, el programa propondrá una inclinación, una orientación y una distancia entre filas, aunque el usuario podrá también modificar a voluntad.
El asistente para este tipo de instalaciones, está disponible desde la opción de menú Datos/Asistente solar fotovoltaica:
Cuando seleccionamos el Asistente para instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a red, se muestra un cuadro de dialogo similar al que se muestra en la figura siguiente:
Como se puede apreciar, existen 4 apartados diferenciados:
(1) Información general del sistema. Aquí se indican los datos de la localización (Localidad) y la posición geográfica de esta (Latitud y Longitud), así como la potencia mínima instalada que es el valor de potencia que el asistente buscará conseguir a partir del modelo de inversor y paneles elegidos.
(2) Definición del inversor. Este apartado mostrará la información referente al elemento inversor:
(3) Definición del generador fotovoltaico - inversor. Este apartado mostrará la información referente al elemento generador fotovoltaico
Tensión FV(máx..) ≥ Nº de paneles x Voltaje del panel ≥ Tensión FV(min.)
Tensión = Tensión del panel x Nº de paneles del ramal
Potencia = Potencia del panel x Nº de paneles por ramal x Nº de ramales en paralelo
Potencia ≤ Potencia nominal del inversor
(4) Resumen/solución del sistema. En este apartado, se muestra un resumen de los resultados obtenidos desde la solución del cliente.
El asistente propondrá una solución (en color azul) para el número de paneles fotovoltaicos, acumuladores, distancias..., que estará en función del consumo de los receptores, de la localización, de la orientación e inclinación y de los días de autonomía. La solución propuesta por el usuario (en color negro), será la que finalmente se llevará al proyecto, una vez que se acepten los resultados.
Al aceptar los resultados, se cerrará el cuadro y volveremos a la vista de la aplicación, donde el cursor habrá cambiado permitiendo al usuario localizar un punto de inserción dentro de la misma. Una vez que se indica dicho punto en la vista 3D, el programa realiza un trazado automático de la instalación propuesta por el asistente:
Esta distribución inicial se puede modificar para adaptar la situación de cada elemento a su emplazamiento final.
La viabilidad económica tiene la finalidad de mostrar de forma rápida y en un solo cuadro, toda la información referente a la producción, gastos, ingresos y financiación. Se gestiona desde un cuadro de diálogo con el siguiente:
Se pueden distinguir una serie de apartados:
(1) Datos energéticos. Se indican valores referentes a la producción eléctrica y energética por parte de la instalación.
Energía resultante = Energía de la instalación x [ 1 + (Factor de mejora / 100)]
(2) Valor de las primas / coste eléctrico. Se indican valores referentes al precio de la electricidad. Este precio se puede entender como un precio de venta en el caso de inyección en la red o como un ahorro en el caso de desear autoconsumir esa energía producida.
(3) Datos económicos. Se indican valores referentes al precio de la instalación.
(4) Financiación. En este apartado establece los parámetros correspondientes a la financiación.
(5) Gráfica de resultados. Se muestran gráficas de barras con los resultados anuales de diferentes conceptos: Energía, Prima/gasto, Ingresos, Mantenimiento, Cash-Flow.
(6) Tabla de resultados. Tabla de resultados detallados para cada uno de los años a estudio.
Cuando tenga representados todos los paneles, conductores,
inversores y demás elementos de la instalación y, además, su conexión sea correcta, se puede iniciar el cálculo
con la opción de menú, Calcular ().
Se abrirá entonces el cuadro de diálogo Proceso de cálculo, donde se
informará del transcurso del cálculo, avisando si existe algún error.
Si el cálculo se realiza correctamente, los paneles, acumuladores y conductores se aparecerán representados en 3D con sus dimensiones reales:
Si todo está bien conectado, y bien definido, el cuadro
mostrará al final: " Cálculo
finalizado correctamente". Sin embargo, pueden surgir diversos mensajes de
aviso y error, de entre los que se
encuentran los siguientes:
Conexiones no válidas / Grado de conexión incorrecto.
Estos dos errores van ligados: el primero indica que un símbolo (Panel fotovoltaico, inversor, acumulador, regulador, receptor...) que debería estar conectado a una línea no lo está y el segundo indica que hay algún extremo de una línea que no está conectado a nada. Para resolver este problema, asegúrese de que las conexiones de los símbolos coinciden con los nudos extremos de las líneas.
Si selecciona una entidad cualquiera y pulsa la tecla U, se seleccionarán todas las entidades conectadas a la primera; aquellas entidades que deberían estar conectadas y quedan fuera de la selección serán las que estén provocando el error.
No se encuentra una sección válida que cumpla con todos los requisitos exigidos dentro de la serie (...)
Este error aparece cuando el programa no encuentra una sección suficientemente grande dentro de la serie de conductores como para cumplir los requisitos. Este error no interrumpe el cálculo, sino que simplemente deja los tramos con este error sin dimensionar. Para solucionarlo, revise el número de conductores, longitudes... en la solapa Cálculo del cuadro de propiedades del conductor o bien en Datos generales, la caída de tensión correspondiente a ese tipo de tramos.
La tensión o corriente de entrada máxima ha sido superada en un inversor.
Este error se da cuando el valor de la tensión o de la corriente que llega a un inversor es superior a la máxima establecida por el fabricante, pudiendo dañar el equipo.
La Potencia de entrada máxima ha sido superada en un inversor.
Este error se da cuando el valor de la Potencia de entrada a un inversor es superior a la máxima establecida por el fabricante, pudiendo dañar el equipo.
La tensión de entrada en un inversor, no se encuentra entre los valores MPPmax y MPPmin.
Este aviso se da cuando los valores de las tensiones de entrada de un inversor no están entre los valores MPP que define el fabricante, con la consecuencia que el inversor no trabajará en el punto óptimo. Se puede solucionar modificando la configuración de ramales (serie y paralelo) de los paneles conectados al inversor, de manera que la tensión del ramal esté entre estos valores MPPmax y MPPmin.
La potencia de salida máxima del inversor ha sido superada.
Este aviso sucede cuando se le está reclamando al inversor que entregue una potencia de salida superior a la máxima establecida por catálogo.
La forma de generar resultados del módulo TK-HS5 es similar a la de otros módulos de instalaciones de TeKton3D. Si necesita información sobre cómo generar detalles, planos, listados y memorias, consulte el capítulo 1.7 Resultados: listados, memorias, detalles y planos.
Los listados que puede generar (Resultados/Crear listado
)
en un capítulo de TK-HE5, pueden variar dependiendo del tipo de instalación
realizada.
Los listados disponibles para estos tipos de conexión son los siguientes:
Los listados disponibles para estos tipos de conexión son los siguientes:
Como en otros módulos de instalaciones, TK-HE5 permite
generar los planos de distribución en planta (menú Resultados/Crear detalle
),
donde se pueden mostrar los símbolos que representan a los paneles,
acumuladores, conductores...:
Los detalles disponibles para estos tipos de conexión son los siguientes:
Los detalles disponibles para estos tipos de conexión son los siguientes:
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