diseño de sistemas fotovoltaicos de conexión a red

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

DE CONEXIÓN A REDDISEÑO

OSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO

ÍNDICE

1 GENERADOR FOTOVOLTAICO

2 INVERSOR

3 CABLEADO

INCLINACIÓN Y ORIENTACION

βopt = 3,7 + 0,69 · |φ|

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

0 20 40 60 80

10

20

30

40

50

60

70

80

0.686

0.705

0.723

0.742

0.76

0.779

0.797 0.815

0.834

0.8

52

0.871 0.889

0.908

0.926

0.945

0.963

0.982

Orientación

Inclinació

n

GENERADOR FOTOVOLTAICOINVERSOR

CABLEADO

PÉRDIDAS ANGULARES SEGÚN CTE

{100 · [1, 2 · 10−4 · (β− φ + 10)2 + 3, 5 · 10−5 · α2] 15◦ < β < 90◦

100 · [1, 2 · 10−4 · (β− φ + 10)2] β < 15◦

CasoOrientación e

inclinaciónSombras Total

General 10 10 15

Superposición 20 15 30

Integraciónarquitectónica

40 20 50

OSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO SFCR: DISEÑO


CABLEADO

MODULOS EN SERIE

El inversor está diseñado para soportar una tensiónmáxima en la entrada. Superarla puede conllevar la averíadel equipo.Por otra parte, el algoritmo de búsqueda del MPP serealiza en un rango de tensiones limitado. Para evitarpérdidas por trabajar en un punto alejado del MPP, latensión del generador debe estar dentro de este rango.

Ns,max : VocG(G = 200 W/m2, Ta = −10 ◦C) < Vmax,inv

Ns,mpp : VmppG(Gstc, Ta = 25 ◦C) ∈[VmppMIN, VmppMAX

]INV



CABLEADO

RAMAS EN PARALELO

El fabricante del inversor elige los componentes para soportaruna corriente máxima admisible.En general, el inversor es capaz de autoprotegerse ante valoressuperiores a este umbral desplazando el punto defuncionamiento del generador fuera del MPP.No obstante, el diseñador del sistema debe elegir el número deramas en paralelo de forma que no se supere este umbral.

Np,max : IscG(1000 W/m2) < Imax,INV



CABLEADO

CONFIGURACIÓN DEL GENERADOR

De los cálculos anteriores se obtiene una ventana deconfiguraciones del generador que permiten un buenacoplamiento entre inversor y generador. Para elegir unaconfiguración deben tenerse en cuenta diferentes aspectos:

Configuración eléctrica y ubicación física de los módulosen la estructura.La curva de eficiencia del inversor depende de la tensiónde entrada.Inversión y rendimiento económicos.Espacio disponible.Relación de potencias de generador e inversor.



CABLEADO

CONFIGURACIÓN ELÉCTRICA Y ESTRUCTURA

Es recomendable elegir series compuestas por un númerode módulos que puedan ser ubicados en una única hilerade la estructura.

Se facilita el trazado del cableado: la propia estructurapuede servir como fijación auxiliar, se evitan cruzamientosindeseados.Se minimiza la influencia de las sombras: es muyfrecuente la aparición de sombras entre partes delgenerador o entre seguidores, sombras de formarectangular y que comienzan afectando a las partes bajas dela estructura. Al cablear por hileras, las sombras de lashileras bajas no afectan a las hileras inmediatamentesuperiores.



CABLEADO

POTENCIA DEL GENERADOR

La potencia del generador fotovoltaico está relacionadadirectamente con la inversión económica a realizar.Por otra parte, la relación entre energía generada ypotencia nominal es aproximadamente lineal, y por tanto,los ingresos económicos dependen casi linealmente de lapotencia del generador.Por tanto, para decidir la potencia del generador(P∗g = Ns ·Np · P∗m) debe tenerse en cuenta el capital ofinanciación disponible, y el rendimiento económicodeseado.



CABLEADO

POTENCIA DEL GENERADOR

La potencia del generador es proporcional al área delgenerador y al terreno ocupado (que también influye,aunque en menor grado, en el cálculo económico). Portanto, debe tenerse en cuenta el espacio disponible (o elcoste que se pretende asumir por el uso de terreno).Según el tipo de sistema (estático, seguimiento) se debeelegir una relación de potencias de generador e inversor.


ÍNDICE


2 INVERSOR

3 CABLEADO


CABLEADO

CURVA DE EFICIENCIA

Para calcular la potencia entregada por el inversor a partir de lapotencia suministrada por el generador fotovoltaico seempleará la curva de eficiencia del inversor, ηinv, definida comola relación entre la potencia suministrada a la red eléctrica, Pac,y la potencia de entrada, Pdc. Esta relación puede describirsecon una función basada en tres coeficientes y la normalizaciónde la potencia de salida:

ηinv =po

po + ko0 + ko

1po + ko2p2

o

donde po = Pac/Pinv, y ko0, ko

1 y ko2 son parámetros

adimensionales que definen el comportamiento eléctrico delinversor.



CABLEADO

CURVA DE EFICIENCIA

ko0 = 0,01

ko1 = 0,025

ko2 = 0,05

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Potencia AC normalizada

Eficie

ncia



CABLEADO

RELACIÓN DE POTENCIAS

Dado que la potencia entregada por el generador varía conlas condiciones meteorológicas, el inversor trabajará endiferentes zonas de su curva de eficiencia.Por tanto, una de las preguntas a responder es qué relacióndebe existir entre la potencia del generador FV y elinversor.Si esta relación es alta, el inversor trabajará con frecuenciaen la región de alta eficiencia, pero a cambio es posible quedeba limitar la potencia del generador para evitar superarsu umbral de corriente admisible.



CABLEADO


En sistemas de integración arquitectónica, donde laorientación e inclinación no son óptimas, esta probabilidadpuede ser baja. Así, puede considerarse necesariosobredimensionar el generador FV respecto al inversor(P∗g/Pinv ∈ [1; 1,4]).

CTE-HE5-3.2.3.2: “la potencia del inversor será comomínimo el 80 % de la potencia pico real del generadorfotovoltaico”

En sistemas de seguimiento esta probabilidad suele seralta. Se recomiendan inversores de potencia similar a la delgenerador (P∗g/Pinv ∈ [1; 1,2])



CABLEADO


No obstante, es posible demostrar que el valor de esta relaciónno es tan crítico como elegir un inversor con buena curva deeficiencia.


ÍNDICE


2 INVERSOR

3 CABLEADO


CABLEADO

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

Diseño del cableado

Criterio de caída de tensiónEn sistemas de gran tamañoreducir buclesDiseño de estructura eintegración: habilitar uncamino para cableado

Tipo de cables

Doble aislamientoPoliolefínas



CABLEADO

CÁLCULO

Habitualmente se descarta el criterio termico y se emplea elcriterio de caida de tensión (RBT ITC-BT-07):

Sdc =2 · Ldc · Idc

56 · ∆Vdc

S1ac =2 · L1ac · I1ac

56 · ∆V1ac

S3ac =

√3 · L3ac · I3ac

56 · ∆V3ac

En general, se suele aceptar una caída máxima de tensión 1,5 %de la tensión nominal. Para aplicar correctamente esteporcentaje es importante caer en la cuenta de que cada zona(DC y AC) tiene su propia tensión nominal.



CABLEADO

CÁLCULO

EJEMPLO

Por ejemplo, en una instalación que conduce 75 A a la salida deun inversor trifásico, situado este a 100 m de la conexión a red,se deberá utilizar un cable de secciónS =

√3·100·75

56·1,5 %·400 = 38,66 mm2.Dado que la sección de los cables está normalizada, se deberáoptar por la sección inmediatamente superior, y por tanto laconexión del inversor a la red se realizará con tres cables desección S = 50 mm2.



CABLEADO

CÁLCULO

Con este resultado, es necesario comprobar que la intensidadde diseño es inferior a la intensidad máxima admisible delcable para sus condiciones de servicio, según las tablas de laITC-BT-07.No obstante, las secciones que resultan del criterio de caída detensión aplicado a los sistemas fotovoltaicos habitualmente sonsobradamente capaces de conducir la corriente del sistema.



CABLEADO

CÁLCULO

Suponiendo que en una planta con varios inversores trifásicosexiste la posibilidad de ubicar los inversores debajo delgenerador FV (distribución en alterna) o en un centro específicojunto al punto de conexión a red (distribución en continua), ¿cuáles la tensión de trabajo en continua que permite optar poruna distribución en continua?


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