Tutorial PVsyst – Predimensionamiento instalación aislada o autónoma fotovoltaica

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Siguiendo el hilo del post anterior sobre PVsyst hoy os voy a explicar la opción de diseño preliminar de una instalación aislada a redStand Alone”.

Antes que nada debéis saber que lo más importante al diseñar una instalación aislada a red es el consumo eléctrico que vaya a haber. Es vital que tanto la capacidad de las baterías como la de las placas solares sean lo suficientemente altas como para soportar el consumo que vaya a haber, sino el diseño habrá sido erróneo.

El primer paso, por tanto, será identificar todos los dispositivos y aparatos consumidores de energía eléctrica, su potencia nominal y las horas que suele estar conectados a diario.

Para realizar un ejemplo vamos a suponer que nuestra instalación consta de los siguientes aparatos:

aparatos

En una auditoría energética, lo ideal sería desglosar cada aparato por zona, potencia, horas de consumo y factores de corrección. Sin embargo, como se trata de un diseño preliminar no es necesario ser tan estricto.

Ahora deberemos irnos a “Preliminary-Design / Stand Alone”. En primer lugar seleccionamos una localidad. Aquí vamos a utilizar el del ejercicio anterior “Toledo“.

Seleccionamos System donde tendremos que indicar la inclinación y azimut. Pondremos que va tener una inclinación “Tilt” de 30º y un azimut de 15º O y pulsamos “Next”.

Una vez aquí tendremos que definir la forma de consumo:

  • Anual, todos los valores se aplican a un año.
  • Por estaciones, deberemos especificar unos valores para cada estación.
  • Mensual, deberemos especificar unos valores para cada mes.

También podremos seleccionar el número de días a la semana que se utilizarán para el cálculo.

Ya por último deberemos introducir los aparatos de nuestra instalación. En el programa viene definido de la siguiente manera:

  • Fluorescentes
  • Televisión, magnetoscopio y PC
  • Electrodomésticos varios
  • Frigorífico
  • Lavadora, lavaplatos
  • Otros usos
  • Stand-by

No es posible hacer un desglose concreto de cada aparato, el programa se centra en los principales electrodomésticos. El resto deberá incluirse o bien en “Domestic appliances” o electrodomésticos varios o bien en “Other uses” u otros usos.

Siguiendo este criterio, nuestra tabla quedaría resumida de la siguiente manera:

aparatos2

Aclaraciones

  • Dentro de electrodomésticos varios hemos metido al microondas, por ser el que más potencia tiene y ser más relevante.
  • La potencia de la lavadora y el lavaplatos se pueden sumar, al tener las mismas horas de uso. En el programa se expresa en kWh/día, por lo que multiplicamos la potencia por el consumo y lo dividimos entre 1000.
  • Dentro de Otros usos reunimos el resto de electrodomésticos. Para obtener un dato objetivo lo que hacemos es multiplicar cada aparato por el número de estos y por las horas de funcionamiento diario. El resultado nos dará el consumo (Wh) en un día. Finalmente sumamos el resultado del resto de aparatos y nos dará un consumo en horas en un día de todos los aparatos descatalogados. Indicamos que esa es su potencia y que el uso es 1 hora al día ya podemos incluirlos dentro de “Otros usos”.

BBC 15W * 6 * 2 horas = 180 Wh al día

PC 200W * 1 * 8 horas = 1600 Wh al día

Ventilador 60W * 1 * 0,5 horas = 30 Wh al día

Sumatorio = 180 + 1600 + 30 = 1810 Wh al día, que es lo mismo que decir que se tiene un aparato de potencia 1810 W que se usa 1 hora al día.

Resultados

En primer lugar indicamos de cuántos días queremos que sea la autonomía de nuestras baterías, por ejemplo de 5 días.

Seguidamente deberemos introducir el valor de LOL o LOLP “Loss-of-load” o probabilidad de pérdida de carga. Este valor nos índica la probabilidad de que las necesidades energéticas no puedan ser satisfechas (es decir, la fracción de tiempo en la que la batería se desconecta debido a la “baja carga” de seguridad del regulador.)

Cuanto menor sea este valor (se aproxime a 0), para un mismo tamaño de batería mayor será la potencia total del sistema necesario.

Por otra parte, existe una correlación entre la potencia de la instalación necesaria, el valor de LOL o LOLP y los días de autonomía (que a su vez afectará al tamaño de la batería).

Para un valor fijo de LOL o LOLP, a medida que aumentamos los días de autonomía disminuimos la potencia a instalar, pero aumentamos la capacidad de la batería necesaria. Si reducimos los días de autonomía disminuimos la capacidad de la batería necesaria, pero aumentamos la potencia a instalar.

Una instalación con pocos días de autonomía implica un tamaño mayor del generador, lo que supone que la batería se va a cargar más rápido. Esto no tiene que ser necesariamente bueno, primero porque encarece la instalación sin aumentar su fiabilidad, segundo porque en las épocas de mayor insolación es probable que el regulador corte por alta tensión en la batería y no podamos utilizar la radiación disponible. Por el contrario, un tamaño grande de batería hará que la misma tenga problemas para cargarse, permaneciendo durante largos periodos en niveles de baja carga, con ciclos de carga muy largos que van a incidir negativamente en la vida de las mismas.

Entonces ¿Cuál es la opción óptima para no sobredimensionar nuestra instalación?

  • En primer lugar elegir un LOL o LOLP adecuado. Según la bibliografía, para aplicaciones de electrificación rural se emplea para el dimensionado un valor de LOLP entre 5% y 1%. Las aplicaciones profesionales requieren más fiabilidad, por lo que se suelen dimensionar con valores de LOLP entre 1% y 0,1%.
  • La autonomía es una variable que podemos elegir nosotros en función de nuestras necesidades. Sin embargo, para una autonomía entre 4 y 6 días es donde se obtiene mejores resultados.
  • Es casi imposible asegurar una probabilidad de fallo nula, si elegimos un valor muy próximo a 0 podemos estar sobredimensionando la instalación.

Por último definir el voltaje de la batería. Si se trata de una pequeña instalación (300W) con iluminación y una televisión es recomendable un voltaje de 12V, si existen más electrodomésticos como un frigorífico es aconsejable un voltaje de 24V (hasta 1000W). Un voltaje de 48V (Para potencias mayores de 1000W) se considera ya para uso de maquinaria industrial.

Finalmente analizamos el resultado de nuestro predimensionamiento. Espero que os sirva de utilidad.

Bibliografía

Universidad Internacional de Andalucía. Tema3. Dimensionado de sistemas fotovoltaicos autónomos. [Consulta: 01/09/2014]. Disponible en: http://ocw.unia.es/ciencias-tecnologicas/diseno-de-sistemas-fotovoltaicos/materiales-de-estudio-1/tema3/skinless_view

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