PVsyst – Diseño del proyecto, primeros pasos

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El diseño preliminar permite obtener datos rápidamente que pueden ser utilizados por ejemplo en un anteproyecto o un trabajo académico sencillo, sin embargo, el programa es capaz de ofrecer mucho más. Las distintas opciones que nos ofrece el programa a la hora de diseñar una instalación son muy similares a las del diseño preliminar:

Instalación fotovoltaica conectada a red (Grid-Connected).

Instalación autónoma o aislada fotovoltaica (Stand alone).

Instalación de bombeo solar (Pumping).

Instalación fotovoltaica conectada a red en corriente continua (DC Grid).

Este último no le hemos visto en los posts anterior pero lo analizaremos más adelante. Los cuatro primeros pasos en el diseño de una instalación son iguales para los cuatro casos:

Proyecto

Aquí deberemos introducir la información propia del proyecto tales como el nombre del mismo, el nombre del cliente, dirección, etc. No tiene misterio. Deberemos seleccionar la casilla “Site and Meteo” para elegir el sitio geográfico.

Una vez dentro tendremos que elegir la localidad (Site). Afortunadamente ya hemos visto como se crea un lugar geográfico y como obtener los datos meteorológicos, asi que seleccionaremos Toledo y los datos meteorológicos de Toledo y pulsamos en Next.

Nos aparecerá una ventana donde tendremos que introducir los valores del coeficiente de Albedo para cada mes, pero ¿qué es el coeficiente de Albedo?

Para dar una respuesta entendible es preferible explicar los tipos de radiación solar sobre una superficie:

  • Radiación directa: la forman los rayos recibidos directamente del sol.
  • Radiación difusa: es la que llega a la superficie después de haber sufrido diferentes cambios de dirección, motivados por las reflexiones y refracciones que se producen al atravesar la capa atmosférica.
  • Radiación reflejada o de albedo: es la radiación reflejada por la superficie terrestre o otros elementos que rodean a la superficie hacia el receptor. Se expresa mediante el coeficiente de albedo “porcentaje de radiación que cualquier superficie refleja respecto a la radiación que incide sobre la misma.”

r = rad. Reflejada / rad. Incidente

En la parte derecha de la pantalla nos aparece una serie de valores típicos del coeficiente de albedo. En sí el coeficiente de albedo no tiene una gran incidencia sobre la radiación global recibida, a excepción de planos verticales.

El programa nos indica que el valor típico usado en entornos urbanos es del orden de 0,14 a 0,22, pudiéndose subir hasta 0,8 para superficies nevadas. Si se desea ser riguroso éste valor puede obtenerse mediante mediciones in situ, aunque debido a su importancia tampoco es necesario. El programa nos muestra una tabla con los valores del coeficiente de albedo en función de la superficie que rodea al receptor:

albeldo

Una vez establecida el valor del coeficiente de albedo tendremos que establecer los parámetros de diseño dependientes del sitio “Site-dependent Design parameters” en la parte de abajo. Podremos ver que existen 4 temperaturas diferentes, pero ¿qué significan?¿qué hay que introducir en estos huecos?

Como podéis ver en este post, la temperatura afecta a la potencia y tensión generadas por los módulos fotovoltaicos. Ambas guardan una íntima relación con el dimensionamiento del inversor, al que es necesario realizar una breve introducción:

El Inversor

Un inversor es un dispositivo que convierte la corriente continua producida por los paneles solares en corriente alterna y es un elemento fundamental para cualquier instalación conectada a red.

La temperatura y la irradiación afectan a la potencia máxima generada por una célula fotovoltaica o por un módulo fotovoltaico. Estas dos incluso varían a lo largo del día, por lo que la potencia máxima generada no es un valor fijo.

Es por ello que los inversores cuentan con un dispositivo capaz de extraer la máxima potencia posible del sistema fotovoltaico denominado “seguidor del punto de máxima potencia” (Maximum Power Point Tracker – MPPT), dispositivo electrónico incorporado en el inversor y que varía cada determinado tiempo la tensión de entrada del inversor (o tensión de salida del generador fotovoltaico) hasta que el producto P=V*I, potencia de salida, del generador fotovoltaico se hace máximo.

El inversor tiene un rango o intervalo de voltajes en el cual el MPPT es capaz de trabajar y obtener la máxima potencia, y existirá un voltaje máximo (Vmax of MPPT range) y mínimo (Vmin of MPPT range) de operación del inversor para el MPPT.

Obviamente las tensiones máximas y mínimas del inversor están relacionadas con las tensiones máxima (VmppMax) y mínima (VmmpMin) de operación del sistema fotovoltaico, tal y como vamos a ver a continuación:

Lower temperature for VmaxAbs limit

La temperatura más baja absoluta de la célula para determinar el voltaje máximo posible del sistema (VOC max). Tiene un valor por defecto de -10ºC para la mayoría de los países de Europa y el programa considera que es “best practice rule” o “la mejor norma práctica”.

Cuanto menor sea la temperatura de los módulos fotovoltaicos, se producirá un aumento en la potencia y voltaje generados, y existirá una temperatura que sea la más baja del lugar y que produzca el máximo voltaje absoluto posible (VOC max).

Este voltaje es obviamente el voltaje en circuito abierto VOC y se debe elegir la temperatura mínima absoluta histórica del lugar. La temperatura de la célula se puede considerar equivalente a la temperatura ambiente en este caso. Esta condición se alcanzan al amanecer cuando los rayos del sol todavía no han tenido tiempo de calentar la célula.

Deberemos asegurarnos voltaje máximo de entrada al inversor este por encima del voltaje máximo absoluto del sistema (VOC a Tº más baja absoluta)

Ej: Tenemos 3 módulos conectados en serie y tienen un voltaje en circuito abierto de 40V cada uno a -10ºC. Entonces cuando conectas estos módulos en serie producirás un máximo de 120V (40+40+40). El máximo voltaje entrante a tu inversor debe ser mayor que 120V.

Winter operating temperature for VmmMax design

Es la temperatura mínima de la célula en invierno, en condiciones de operación. A diferencia de la temperatura anterior, esta temperatura hace referencia a aquella que obtenga el máximo voltaje (VmmpMax) del rango de voltajes para el punto de máxima potencia. Tiene un valor por defecto de 20ºC.

El voltaje máximo de operación del inversor (Vmin del rango de MPPT) debe estar por encima del máximo voltaje de operación del sistema (VmmpMax).

Por ejemplo, si el VmppMax que es capaz de suministrar un sistema fotovoltaico (considerando que la temperatura mínima de operación que llega alcanzar la célula es de 20ºC) es de 31,67V, el voltaje máximo del rango del punto de máxima potencia del inversor tendrá que ser mayor que esa cifra (35V por ejemplo).

Summer operating temperature for VmppMin design

Es la temperatura para la cual se obtiene el voltaje mínimo de operación del sistema (VmppMin) y debe ser inferior al voltaje mínimo de operación del inversor (Vmin del intervalo MPPT). Viene establecida por defecto en 60ºC.

Por ejemplo, si el voltaje mínimo que es capaz de suministrar un sistema fotovoltaico (considerando que la temperatura máxima de operación que llega alcanzar la célula es de 60ºC) es de 23,9V, el voltaje mínimo del rango del seguidor punto de máxima potencia (MPPT) tendrá que ser menor que esa cifra (22V por ejemplo).

Usual operating temperature under 1000 W/m

El programa la define como la temperatura usual en la cual la célula trabaja en condiciones de operación en verano y viene definida en 50ºC por defecto. A diferencia del resto, este valor no aplica restricciones a la hora de llevar a cabo la simulación y sólo afecta en el informe final.

En la mayoría de proyectos e informes no suelen modificar este valor.

¿Cómo se cálcula dichas temperaturas?

La temperatura de trabajo de la célula se puede calcular sabiendo la temperatura ambiental, el TONC  y la irradiaciancia.

ec2

Tal y como se ve en la bibliografía, se pueden elegir las siguientes temperaturas ambientales para los parámetros anteriores:

Lower temperature for VmaxAbs limit: temperatura mínima absoluta del lugar. La temperatura de la célula se puede considerar igual a la ambiental y no habrá que hacer cálculos.

Winter operating temperature for VmmMax design: temperatua más baja del lugar.

– Summer operating temperature for VmppMin design: temperatura más alta del lugar.

– Usual operating temperature under 1000 W/m: este valor no suele modificarse.

Ahora bien, el TONC no es un valor fijo y la mayoría de los fabricantes suelen ofrecer un valor variable (Ej: 48±2). Además, está íntimamente relacionado con el balance térmico y las pérdidas térmicas de las placas fotovoltaicas, de tal manera que si aumenta el NOCT también aumentará las pérdidas por temperatua de la célula. Esta relación se verá más adelante por lo que de momento no os puedo decir la opción correcta.

La irradiancia se puede considerar 1000 W/m2 tanto para verano como para invierno, según la bibliografía.

Bibliografía

– SIV HELENE NORDAHL.  Design of Roof PV Installation in Oslo. [Consulta: 03/02/2015]. Disponible en: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:566421/FULLTEXT01.pdf

Stand Alone PV System Design Using PVSyst. [Consulta: 03/02/2015]. Disponible en: http://es.scribd.com/doc/74566582/Stand-Alone-PV-System-Design-Using-PVSyst#scribd

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