Unidad 15: Energía para sistemas de

telecomunicaciones Diego Andrés Manios M

UAN Sistemas 11

El objetivo de esta unidad es calcular los elementos necesarios de la instalación fotovoltaica y sus parámetros. En primer lugar, el número y tipo de paneles que hacen falta para captar la energía necesaria; en segundo lugar, la capacidad que ha de tener la batería o acumulador para poder disponer de energía en días de poco sol; y por último ser capaz de también elegir las características del resto de los elementos que integran el sistema (regulador, convertidor, cables, etcétera).

Introducción

Estos datos los proporciona el fabricante, pero es aconsejable tomar nuestras propias medidas para advertir posibles desviaciones respecto a los valores nominales. Si esta desviación no es muy grande, se tomará el valor medido para el cálculo, pero si es grande, conviene rechazar el producto.

Características de los elementos del sistema

Compuesto por la celdas fotovoltaicas Recoge la energía solar y la convierte en

electricidad La asociación de varios paneles forman el

sistema de captación o campo de paneles La cantidad de corriente depende del

número de celdas y de la radiación solar en el momento

Los paneles no pueden almacenar energía Se necesitan baterías

Paneles

Generalmente entre 32 y 36 celdas solares de cristal de silicio

Dependiendo del tamaño de las celdas el panel tiene una superficie entre 0'1 y 0'5 m²

Dos contactos eléctricos (+ positivo y negativo)

Contactos para instalar diodos de paso (optional)

✔ Protege el panel del efecto “hot-spot” (punto caliente)

✔ Ocurre cuando parte del panel se queda en sombra y se comporta como una carga (consume energía)

✔ Incrementa la temperatura (85- 100ºC)

EFICIENCIA ENERGETICA

El voltaje se reduce ligeramente con el incremento de la temperatura

El punto de trabajo del panel depende de la “carga” en sus extremos/contactos.

Un buen regulador intenta que el panel trabaje en el punto de máxima potencia.

Estos reguladores se conocen como MPT = Maximum power tracking

Capacidad nominal para 100 horas CNBat , tensión de trabajo VNBat y, o bien profundidad maxima de descarga PDmax o bien capacidad util CUBat . Necesitamos también saber el tipo que se van a usar, plomo-acido, gel, AGM, automocion etc.Esta información es importante al configurar los puntos de corte de los reguladores.

Baterías

Reacción química reversible ✔ Permite el almacenamiento de energía eléctrica

Las baterías más comunes son las de Plomoácido que consisten en: ✔ Compuestas por un número de vasos en serie ✔ Dos electrodos de plomo en una disolución de agua y ácido sulfúrico ✔ La baterías más comunes de ESF son las de 12- 24V

FUNCIONES Ofrecer energía a las cargas cuando no tenemos radiación solar Proceso cíclico de carga y descarga

✔ Con sol: el exceso se carga en la batería ✔ Sin sol: Toda la energía proviene de la batería (descarga)

COSTO VS DISPONIBILIDAD Autonomía: por cuanto tiempo queremos que los equipos

funcione en ausencia absoluta de sol El nivel de autonomía depende de:

✔ el tipo de instalación ✔ infraestructura vs CPE

Un sistema sobredimensionado es: ✔ Caro ✔ Ineficiente

TIPOS DE BATERIAS Las baterías más adecuadas para sistemas de ESF son

las diseñadas con las siguientes características: ✔ Una posición fija (estacionarias) ✔ Escenarios con un consumo “irregular” ✔ No necesitan suministrar corrientes altas en poco

tiempo ✔ Descargas profundas

Electrolito alcalino (como Niquel-Cadmium) ✔ Caras pero de calidad Electrolito ácido (Plomo-

ácido) ✔ Baratas, pero lo suficientemente buenas

PARAMETROS DE LA BATERIA

1. Voltaje Nominal VNBat (12 V)2. Capacidad Nominal CNBat

La máxima cantidad de energía que se puede extraer de la batería (Ah o Wh)

Depende la velocidad de descarga La capacidad de batería se especifica a distintas velocidades

de descarga (C100)3. Máxima profundidad de descarga Pdmax

Es el % de energía que se extrae de la batería en una descarga Lo limitan los reguladores/controladores y están calibrados

para un nivel de descarga típico de PD 70%

La vida útil de la batería depende de la profundidad de descarga en cada ciclo

El vendedor debe suministrar el número de ciclos en la vida útil de la batería

Evita la descarga profunda (más de 50%) y tan solo 30% se se trata de baterías de tracción4. Capacidad Útil CUBat

La capacidad real (útil) de la batería Es el resultado de multiplicar la capacidad nominal (CNBat) por la profundidad de descarga máxima Pdmax

Ejemplo: Batería estacionaría de 120 Ah y PDmax del 70%, tiene una capacidad útil de 84 Ah.

Se le conoce como: ✔ controlador de carga ✔ controlador de voltaje ✔ controlador de carga-descarga ✔ controlador de carga

Se instala entre: ✔ el campo de paneles y las baterías ✔ las baterías y las cargas/equipos

Regulador

Se conecta en “serie” NUNCA en paralelo

Desconectan el campo de paneles para evitar sobrecarga

Desconectan las cargas para evitar sobredescarga

El sistema de desconexión es por interruptores:

✔ Electromecánicos (relés)

✔ Estado sólido (transistor bipolar, MOSFET)

PARÁMETROS DEL REGULADORCorriente máxima de operación

✔ Debe ser al menos el 20% mayor que la corriente máxima del campo de paneles Voltaje de operación: 12, 24, or 48 V

Convierte DC(Va) a DC(Vb)

Se usa entre las baterías y las cargas

Dos tipos de conversión:

✔ Linear (quema el resto de la energía)

✔ Conversión (más complejo e eficiente, > 80%)

Convertidor

Cargas AC Trocea e invierte la corriente continua Dos tipos:

✔ Onda cuadrada (senoidal modificada) ✔ Onda senoidal pura

Los inversores de onda cuadrada son más eficientes pero no todos los equipos lo aceptan

✔ Problemas con impresoras ✔ Audio

PARÁMETROS DE UN INVERSOR Gestión de sobrecargas Eficiencia de conversión Inclusión de “cargador” Cambio automático en presencia de diferentes fuentes

de energía: red-solar, generador, etc

De cada una de ellos (desde el punto de vista eléctrico, se les llama también cargas ) es necesario conocer la tension nominal VNC y la potencia de funcionamiento PC. Para conocer la energía que nuestra instalación va a consumir, es también muy importante estimar el tiempo medio de utilizacion de cada carga, bien sea diario, semanal, mensual o anual, y teniendo en cuenta los altibajos periódicos que puedan existir

Equipos de consumo

Consumos de cargas

El consumo tambien depende de: ✔ el número de interfaces de red ✔ tipo de memorias, HD y tráfico de red

Algunos números para recordar: ✔ Placas 2-3 W ✔ Una radio de 200 mW va a consumir hasta 3 W ✔ Un radio de alta potencia como la Ubiquity de 400

mW consume hasta 6 W ✔ Una estación repetidora va a consumir como

mínimo de entre 8 y 10 W.

Carga: 12 W, Voltaje: 12 V, Corriente: 1 A Consumo día: 24 Ah Autonomía (4 días): 24 x 4 = 96 Ah Batería (máx 50%) = 194 Ah (200 Ah C100) Panel 80 Wp (Imax = 5 Ah)

✔ 5 horas de sol-pico en el mes peor (25 Ah/dia)

Una idea global de todo el proceso de cálculo nos ayudará a tener más claro el método empleado para realizarlo. Así, los tres pasos principales que se han de seguir son los siguientes:

Procedimiento de cálculo

1 Energía solar disponibleBasándose en los datos de radiación solar, y en la orientación que se les va a dar a los paneles (para que recojan la máxima radiación posible), se estima la energía solar con la que se cuenta. La estimación se hace para intervalos de tiempo mensuales, pues supone un buen compromiso entre precisión y sencillez.2 Energía que se va a consumir

A partir de un estudio de los aparatos que se eligen para cubrir las necesidades, se recopilan los datos de las potencias consumidas por cada aparato y se estiman, de acuerdo con los usuarios, los tiempos medios de utilización diarios, semanales, mensuales o anuales de cada uno de ellos, teniendo también en cuenta los posibles altibajos motivados por causas diversas, ya sean éstas periódicas o no. Con estos datos se obtiene la energía que se va a consumir, también para cada mes.

3 Con los datos correspondientes al "mes peor" de los doce, que es aquél en el que la relación entre la energía demandada y la energía solar disponible es mayor, se calcula:

La intensidad que ha de entregar el conjunto de paneles, y, por tanto, el número de paneles.

La capacidad de acumulación necesaria, y, por tanto, el número de acumuladores.

Las características del regulador. La longitud y la sección del cable necesarios para las

conexiones.

FIN