Instalación solar fotovoltaica

FUNDAMENTOS

FUNDAMENTOS tÉCNICOS: El fundamento de esta fuente de energía es el llamado efecto fotoeléctrico. Efecto descubierto por Becquerel en 1839.
Ciertos materiales absorben la luz, y la energía de los fotones excita a los electrones del material provocando que parte de ellos salgan de sus posiciones lo que genera cargas negativas, debidas a los electrones desplazados, y cargas positivas, debidas a los huecos dejados por los electrones.
Si los electrones y los huecos generados por la fotoexcitación son separados por un campo eléctrico interno del material, unos y otros se acumulan en los lados opuestos del campo, creándose una diferencia de potencial.
La unión, mediante un circuito, de los lados opuestos permite obtener una corriente eléctrica.
Desde que se dieron a conocer las primeras células, hace ya 50 años, hasta el día de hoy la tecnología ha avanzado espectacularmente. De tal forma, este tipo de aprovechamiento energético ha pasado a ser una realidad altamente interesante para la generación de energía eléctrica.

CÉLULA Y MÓDULO: Una célula fotovoltaica es un diodo de gran superficie constituido por un cristal de silicio con impurezas de boro en una gran parte de su espesor y con impurezas de fósforo en su superficie.
El efecto del diodo genera un campo eléctrico permanente dentro de la célula en la superficie de contacto entre la parte de silicio dopada con boro y la dopada con fósforo.
Este campo eléctrico hace emigrar las cargas positivas y negativas hacia un lado u otro, de tal forma que uno de los lados de la célula se carga positivamente y otro negativamente.

Uniendo estas caras a través de un circuito externo se produce una corriente eléctrica. Un módulo será el resultado de ensamblar varias células en serie.

EFICIENCIA CÉLULA: Para normalizar la medida de la eficiencia, se toma como referencia una radiación solar de 1000W/m2 a 25ºC de temperatura.
La eficiencia de una célula es la parte proporcional de la radiación que la célula convierte en electricidad. Viene dado en % y suele oscilar, según las características del material, entre el 3% y 30%.

potencia MÓDULO: La superficie de células empleadas en la elaboración de un módulo y la eficiencia de las mismas determinarán la potencia de dicho módulo.
Por ejemplo, un módulo de 20W produce 20W en una hora bajo una radiación de 1000W/m2 a 25ºC de temperatura.

RENDIMIENTO Y ORIENTACIÓN: Para un mismo módulo la energía producida dependerá en función de :

-La latitud geográfica, que condicionará el número de horas de insolación y la altura del sol sobre el horizonte a lo largo del año.
-La altitud topográfica.
-Condiciones de transparencia de la atmósfera.
-Orientación del módulo (orientación Sur para el hemisferio Norte y, orientación Norte para el hemisferio Sur).

Por ello, los cálculos del rendimiento energético de una instalación deberían basarse en aplicar a los valores teóricos de insolación las correcciones derivadas de la nubosidad, opacidad atmosférica, contaminación, etc.
Como este cálculo generalmente no es posible, puesto que para el lugar de la instalación no se dispone de estadísticas de estos parámetros, los
cálculos se hacen consultando publicaciones de reconocido prestigio, que a su vez los han obtenido extrapolando las condiciones medidas en ciertos puntos de referencia.

VENTAJAS ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

En general, la asociación fácil entre producción fotovoltaica y energía limpia e ilimitada puede tener un efecto positivo en el cambio progresivo hacia actitudes y hábitos de consumo que permitan reducir el gasto innecesario de energía y que valoren más los esfuerzos colectivos por disminuir la presión sobre el entorno natural.

GENERALES:

-Energía limpia y renovable, que además no cuesta dinero.
-Reducido mantenimiento instalaciones.
-Las instalaciones fotovoltaicas se caracterizan por su simplicidad, vida útil muy amplia (actualmente siguen en funcionamiento instalaciones realizadas hace más de 20 años. Con los nuevos materiales se estima una duración de 30 – 40 años).
-Se trata de una solución inmejorable en zonas aisladas que, de otra forma, no tendrían acceso a la electricidad.
-No requieren grandes inversiones centralizadas.
-Las instalaciones fotovoltaicas, tanto aisladas como de conexión a red, no contaminan ni química, ni electromagnética, ni acústicamente.

CONEXIONES A RED:

-En el caso de instalaciones conectadas a la red, existen subvenciones y primas por producir electricidad según la comunidad autónoma.
-Los máximos de producción coinciden con las horas punta en la demanda.
-Su naturaleza modular permite instalar una potencia considerable de forma dispersa y con la colaboración de muchos pequeños inversores.
-Al estar dispersa en pequeñas instalaciones, inyecta en muchos puntos de la red, suplementando el abastecimiento de otras fuentes sin tener que sobredimensionar el sistema de distribución ante futuros aumentos de demanda.
-Es el único tipo de generación de energía que puede ser instalado masivamente en los medios urbanos.

COMPONENTES

MÓDULO FOTOVOLTAICO: El módulo fotovoltaico comprende células conectadas en serie. Estas células son las encargadas de captar los fotones para conseguir crear una corriente eléctrica continua. Los módulos fotovoltaicos se conectan en serie formando varias cadenas, que a su vez forman el campo fotovoltaico.

ESTRUCTURA soporte: Es la encargada de asegurar un buen anclaje del generador solar, facilitan la instalación de mantenimiento de los paneles a la vez que proporcionan no solo la orientación necesaria, sino también el ángulo de inclinación idóneo para un mejor aprovechamiento de la radiación.
Se emplean perfiles de acero galvanizado o de aluminio para la sujeción y conexionado de los módulos, asegurando un buen contacto eléctrico entre el marco de los módulos y los perfiles de soporte, por seguridad frente a posibles pérdidas de aislamiento en el generador o efectos inducidos por descardas atmosféricas.

INVERSOR: El inversor cc/ca tiene la misión de transformar la corriente continua del grupo fotovoltaico en corriente alterna perfectamente sincronizada con la red existente, ya sea trifásica, monofásica o bien de alta, media o baja tensión.
La ubicación de los inversores será en un armario estanco y cerrado, lo que hace que el riesgo eléctrico sea mínimo.

-Control Principal: Incluye todos los elementos de control general, así como la propia generación de onda, que se suele basar en un sistema de modulación por anchura de pulsos (PWM). En el control se incluye también una gran parte del sistema de protecciones, así como funciones adicionales relacionadas con la construcción de laforma de onda.
-Etapa de Potencia: Esta etapa, según los módulos disponibles, puede ser única o modular, en cuyo caso se utilizan varias hasta obtener la potencia deseada.
Toda etapa de potencia incorporará su correspondiente filtro de salida, cuya misión es el filtrado de la onda por un dispositivo LC, así como evitar el rizado en la tensión recibida de los módulos fotovoltaicos.
-Control de Red: Este módulo hará de interface entre la red y el control principal para el correcto funcionamiento del conjunto.
En este circuito recae la tarea de sincronizar perfectamente la forma de onda generada hasta este momento por el inversor (control principal + etapa de potencia) a la de la red eléctrica, ajustando la tensión, el sincronismo, el control de fase, etc.
-Seguidor del punto de máxima potencia: Su misión consiste en acoplar la entrada del inversor a generadores de potencia instantánea variables (módulos fotovoltaicos) obteniendo de esta forma la mayor cantidad de energía disponible en cada momento del campo solar, es decir, se encarga de mantener constantemente el punto de trabajo de los módulos fotovoltaicos en los valores de mayor potencia posible, dependiendo de la radiación existente en cada momento.

Los inversores de conexión a red disponen de unas protecciones adecuadas al trabajo que deben realizar, contando en consecuencia con un nivel elevado de seguridad. A parte de la normativa genérica de protección contra daños a las personas y compatibilidad electromagnética, estos equipos incorporan las siguientes protecciones mínimas:

-Tensión de Red fuera de Márgenes: El inversor procederá a pararse cuando la tensión de la red salga del rango admitido (nunca más alta del ±10% de la tensión nominal) y se mantendrá a la espera hasta que esta circunstancia desaparezca.
-frecuencia de Red Fuera de Márgenes: Evita variaciones de frecuencia entre el sistema eléctrico de interconexión y la línea de distribución de la red. Esta protección se hace necesaria para el caso de redes pequeñas, como es el caso, por ejemplo, de las islas o de pequeñas compañías distribuidoras zonales que no estén conectadas a la red general. Asimismo es una protección contra el “efecto isla”.
-Temperatura de Trabajo Elevada: Protección contra alta temperatura de trabajo que detiene el funcionamiento del equipo para prevenir situaciones de posterior avería en la electrónica que lo compone.
-Tensión Baja del Generador Fotovoltaico: El campo solar es desconectado (parada del inversor) cuando la tensión del generador fotovoltaico es insuficiente o bien durante los periodos nocturnos.
-intensidad del Generador Fotovoltaico Insuficiente: El inversor emitirá orden de parada cuando detecte un valor de intensidad de generación muy bajo (suele producirse todas las mañanas puesto que a pesar que los módulos tienen ya la tensión suficiente aún carecen de la corriente mínima que precisa el inversor para funcionar, o bien en situaciones de muy baja radiación como son lo atardeceres o momentos del día excesivamente nublados).

ARMARIO GENERAL DE PROTECCIÓN Y MEDIDA: Como cualquier instalación eléctrica, el sistema dispone de las necesarias protecciones para garantizar la seguridad.
El Armario general de protección y medida deberá contener en serie y por este orden:

-Un interruptor magnetotérmico (Interruptor General Manual) con una intensidad de cortocircuito superior a la indicada por la empresa distribuidora del punto de conexión.
-Un interruptor diferencial con el objeto de proteger a las personas en el caso de derivación de cualquier elemento de la parte continua de la instalación.
-Un contador de la energía producida por la instalación solar y otro que en contraposición medirá el consumo del sistema fotovoltaico. Independiente de estos dos contadores se encuentra el utilizado para la medida del consumo eléctrico del usuario que se dispusiera antes de la conexión a red de los módulos solares fotovoltaicos, y que podrá encontrarse alojado en este armario.
-Fusible seccionador de control el cual une el circuito de consumo eléctrico convencional, en paralelo con el circuito de generación, con la red de distribución de la compañía y, a su vez, cierra todos los elementos de medida y control.

TOMA DE tierra DE LA INSTALACIÓN: La toma de tierra se hará siempre sin alterar las condiciones de toma de tierra de la red de la empresa distribuidora, asegurando que no se produzcan transferencia de defectos a la red de distribución.
Las masas de la instalación fotovoltaica han de estar conectadas a una tierra independiente de la del neutro de la empresa distribuidora, así como las masas del resto de suministro.

CABLEADO:Compuestos por cobre y encapsulado para su uso en intemperie. El cableado se diseña para que la superficie entre conductores sea mínima y no exista efecto antena.
Las corrientes que circulan por estos cables son sensiblemente menores por motivos técnicos propios del funcionamiento de la instalación, a las corrientes que recomiendan los fabricantes y el Reglamento de Baja Tensión por lo que la temperatura de estos no constituirá riesgo de incendio.

Tecsun (PV) (AS)

El cableado tiene que cumplir las siguientes normativas de seguridad en incendios:

-No propagación de la llama: UNE EN 50265-2-1 ; IEC 60332-1 ; NFC 32070-C2.
-No propagación del incendio: UNE 50266-2-4 ; UNE 20427 ; IEC 60332-3 ; IEEE 383 ; NFC 32070-C1.
-Libre de halógenos: UNE EN 50267-2-1 ; IEC 60754-1 ; BS 6425-1.
-Reducida emisión de gases tóxicos: NES 713 ; NFC 20454 ; It =< 1,5.
-Baja emisión de humos opacos: UNE EN 50268 ; IEC 61034 – 1,2.
-Nula emisión de gases corrosivos: UNE EN 50267-2-3 ; IEC 60754- 2 ; NFC 20454 ; BS 6425-2 ; pH >= 4,3 ; C =< 10 uS/mm.

ESQUEMA UNIFILAR QUE SE CONECTA A LA RED ELECTRICA

La producción eléctrica obtenida con las células fotovoltaicas se inyecta a la red publica eléctrica. (ej. Tejados de viviendas, plantas de producción, integración en edificios, recubrimiento de fachadas, muros cortina, parasoles en fachadas, pérgolas, etc.)

Una instalación fotovoltaica en red consta, basicamente, de un cuadro de protecciones, un ondulador y contadores.

INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS AISLADAS DE LA RED ELECTRICA

La producción eléctrica así obtenida se emplea para autoconsumo de la propia instalación (Ej. viviendas o equipamientos aislados y/o independientes, hasta centrales eléctricas rurales, telecomunicaciones, bombeo de agua, protección catódica, señalizaciones, equipos de sonido, sistemas de iluminación, ordenadores o teléfonos portátiles, cámaras, calculadoras, etc.).

Una instalación fotovoltaica aislada está formada por los equipos destinados a producir, regular, acumular y transformar la energía eléctrica.

 

Sistema aislado fotovoltaico mas generador eólico


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