Y por que no imaginar un ahorro del 70%?, o un 80%... y por que no imaginar un 100% de ahorro energético?
 
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 Como dimensionar un SISTEMA DE GENERACION FOTOVOLTAICO.!

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MensajeTema: Como dimensionar un SISTEMA DE GENERACION FOTOVOLTAICO.!   Mar Mar 13, 2012 7:22 pm

Estimados Foreros:

En los últimos meses me ha llegado variada información al respecto de como dimensionar una instalación fotovoltaica, pero al contrastar las informaciones surgen algunas diferencias en los criterios aplicados.
Por lo anterior, preferí tomar solo algunos aspectos de un cálculo y algunos aspectos del otro. A continuación detallo lo que considero más acertado y relevante de ambos.

Para una INSTALACION OFF GRID
La idea básica de una instalación OFF GRID es prescindir totalmente de la energía eléctrica domiciliaria y abastecernos en un 100 % con nuestra propia generación y banco de baterías. Puede parecer complicado, pero no lo es tanto. La mayor complicación va en el presupuesto necesario para llevar a cabo esta obra.

Lo primero que debemos hacer es determinar el consumo diario.
Ya sea tomando el consumo anual (si lo tuviéramos disponible) y dividiéndolo por 365 (días), o en su defecto el consumo mensual y dividiéndolo por 30 (días). Ideal hacerlo por el promedio anual porque los criterios de consumo varían durante el año, y así tendríamos el espectro completo.

Por ejemplo:
Con un consumo anual de 1.800Kw
1.800Kw / 365 = 4,9Kw (consumo diario promedio)


Tenemos entonces la necesidad de generar la no menor cantidad de casi 4,9Kw al día. Para nuestro ejemplo, redondearemos la cantidad en 5kw.

Con respecto a las baterías:
Una batería de ciclo profundo de 105 Amperes completamente cargada representa una potencia almacenada equivalente a 1.260watts o 1,26Kw ( W = 12v * 105a ). Aquí aparece la primera consideración, que quizás pueda ser intrascendente para algunos, pero para otros pueda significar saltar a la siguiente batería. En realidad la batería nos va a entregar un poco mas de voltaje, algo así como 13.5 v, lo que nos favorece levemente al calcular la potencia. Recomendación: Considerar que solo tienes 12, y el resto dejarlo con potencia remanente a tu favor.

Para cubrir el consumo de casi 5kw diarios requerimos almacenar y disponer de dicha potencia en nuestro banco de baterías. Entonces es necesario establecer el número de baterías que requerimos. Para simplificar vamos a llevar nuestros 5kw a watts:

5.000 watts / 1.260 watts = 3.96

Pero aquí aparece una segunda consideración más importante a tener en cuenta. Como generalidad, los Controladores de Carga y consumo no permiten que la baterías se descarguen completamente, permitiendo alimentar consumos solo hasta el 70% de la energía almacenada. Entonces nuestra capacidad real de almacenamiento no es 1260watts, sino solo 882 watts, quedando el cálculo de esta forma:

5.000 watts / (1.260 watts * 70%) = 5,6 baterías.

Aquí tendrás que tomar una decisión. Si pasar a la siguiente batería para llegar a las 6, o bajar tu criterio de consumo para alcanzar a suplir tu gasto energético solo con las 5 baterías. La decisión final en este punto va a depender de tus necesidades y de tus recursos. Para efectos de nuestro ejemplo, vamos a optar por agregar una batería adicional para completar las 6.

Se ha establecido como norma que el ritmo correcto de carga para las baterías no debe superar el 4 o 5 % de la capacidad de carga de ella, cifra que varía dependiendo de cada fabricante. El 5% de 105 amperes es una cifra algo mayor de 5 ah (amperes/hora) lo que significa que la recuperación de carga correrá a un ritmo de 5amperes por hora, y si el grupo de baterías descargó 70amperes cada una (el 70% de capacidad de la batería), debemos entonces recuperar durante el día 70 Amperes * 6 baterías, o sea 420A.

El Controlador de carga a utilizar para el caso del ejemplo deberá ser igual o superior capaz de manejar a lo menos 30 AH. Aunque con 30ah estaríamos trabajando al límite del regulador. Recomendable sería utilizar uno de 40ah, o en su defecto 2 de 20ha.


¿Cuántos Paneles Solares requiero para mi instalación?

Mencionamos que para recuperar las baterías debemos cosechar nada menos que 420ah durante el día solar. Supongamos que disponemos de Paneles Solares capaces de entregar 5ah, y que van a trabajar durante las “X” horas PSH del día.

Como ya hemos dicho en otros escritos, las PSH (Peak Sun Hours) son las horas de máxima radiación durante el día, expresadas en un valor X para cada zona geográfica. Para mi caso personal que estoy ubicado en santiago (RM), sector Sur Poniente, mi valor PSH va en el orden de 6.

Otro punto importante a considerar es el real rendimiento de los paneles solares en condiciones ambientales normales. Muchas veces nos confiamos de la potencia nominal que indica el fabricante del panel, en base al test de certificación estándar de laboratorio, pero que aun no he sabido de algún caso en que se ha logrado alcanzar dicho valor en terreno. Considerando lo anterior, personalmente preferiría solo considerar un 50% del valor nominal indicado en el panel.

Entonces, si llevamos estos criterios a cálculo, tendríamos:

5 ah (por panel) * 6 (PSH) = 30 ah

En el caso que utilizáramos paneles de 100watts, y jugando con distintas cantidades, debemos intentar llegar al valor mas cercano a nuestro requerimiento energetico. Asi entonces, deberíamos llegar al siguiente resultado:

(100watts * 0.5) * 17 paneles = 850wh * 6 hrs. PSH = 5.100 watts


Como podrán ver, es una cantidad enorme de paneles fotovoltaicos que quizas nos hagan dudar de la veracidad de estos calculos, pero debemos tomar en cuenta la actual eficiencia de las celdas solares que va entre un 13 y 17%, y tambien considerar que con tal magnitud de paneles estaríamos generando lo necesario para continuar funcionando dia y noche sin necesidad de la red externa.

Estos cálculos se realizaron considerando 365 días de sol, lo cual obviamente no pasa de ser solo una ilusión para nuestra zona central, por lo tanto si deseamos tener cubierto dicho aspecto debemos incrementar la capacidad de nuestro Generador Fotovoltaico en un X porcentaje, aunque a mi entender, ya lo hemos mas que dimensionado tomando en cuenta todas las consideraciones anteriores.

Para los que se manejen en excel básico, todo lo anterior lo podemos resumir en una planilla de cálculo, en donde solo ingresando algunas variables, como: a) consumo diario, b)capacidad de las baterias, c) capacidad del controlador de carga, d) capacidad de los Paneles y e) PSH zonal, obtendremos facilmente los resultados con los requerimientos de nuestro sistema fotovoltaico OffGrid.

Se agradecería la participación de los Foreros que manejen mas datos adicionales a los expuestos, para contrastar estos calculos.

Humberto Morales
Administrador.





Fuente: Instituto Interamericano de Electronica.
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Última edición por Admin el Lun Ene 14, 2013 7:45 pm, editado 3 veces
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Alefar



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MensajeTema: Re: Como dimensionar un SISTEMA DE GENERACION FOTOVOLTAICO.!   Miér Mar 14, 2012 9:46 am

Excelente información, andaba buscando algo así, es de gran utilidad saber que es lo que necesito par no depender de la red eléctrica.


Ha sido muy útil para alguien como yo que no tenga mucha información técnica sobre los paneles y que se este incorporando recientemente.

Gracias bounce cheers cheers
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revopituak



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MensajeTema: Re: Como dimensionar un SISTEMA DE GENERACION FOTOVOLTAICO.!   Mar Jun 19, 2012 7:49 pm

Muy bien explicado Admin! Mis felicitaciones ademas, por este espacio de información que llevas adelante. Exelente iniciativa.

Según lo que entendí de la parte final, sobre que en chile no tenemos todos los días soleados.

Nos convendria calcular entonces usando los datos del los mese de menor radiacion del año.??( junio, julio , agosto )

para asegurarnos de suplir toda nuestra necesidad?

....pero....

no significaria esto un sobredimiensionamiento para los meses de alta iradiación solar? ( diciembre , enero, febrero)

Que piensan ustedes???

gracias.
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Admin
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MensajeTema: sobredimensionar   Mar Jun 19, 2012 8:28 pm

Hola revopituak
Bienvenido al Foro.

En el calculo deberíamos sobredimensionar el banco de baterias calculando como para unos 3 o 4 sin generacion, considerando los meses malos. Por ejemplo la semana pasada tuvimos casi 5 dias nublados con cero generacion.

Y como bien dices tu, en verano solamente es aprovechar el excedente de generacion.

saludos
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FdoGallardo



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MensajeTema: Re: Como dimensionar un SISTEMA DE GENERACION FOTOVOLTAICO.!   Vie Ago 17, 2012 12:08 pm

Una consulta amigazo, estoy recien empezando, cuando hablas de consumo anual de 1800 en el ejemplo, como es la equivalencia, debido a que en la boleta de la luz se trabaja con un promedio de kw por hora, y en mi caso anda por alrededor de los 180 kwh si lo paso a anual seria 180*24*30*365 lo que da alrededor de 47.000.000 de kw anuales en promedio lo que es demasiado , o estoy equivocado al hacer la equivalencia?? solo se trabaja con KWh
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Admin
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MensajeTema: calculo   Vie Ago 17, 2012 7:26 pm

Hola.
Si, hay un error en tu calculo. Me imagino que el consumo que indicas (180kwh) es para un mes. Si eso lo llevas a 12 meses son 2160kwh al año.
Todos estos son calculos redondos, sin tomar en cuenta que hay meses que se utiliza menos o mas energia.

Por ejemplo en mi caso. El mes pasado registré un consumo de 232kwh al mes. Llevado a 12 meses, son 2784 kwh.

Asi que, los 1800kwh no son tan irreales como consumo al año.

Saludos
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renovasolar



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MensajeTema: Re: Como dimensionar un SISTEMA DE GENERACION FOTOVOLTAICO.!   Vie Ago 17, 2012 10:04 pm

Excelente guia. Algunos detalles:
Algunas consideraciones:
-Diferenciar bien los conceptos de potencia y energia
-Tambien hay que dejar claros los numeros y las unidades de medida, y en general, tratar de trabajar solo con Watts y Watts*Hora, keep it simple!

Con respecto a lo que comenta revopituak, el tema de los meses con menor irradiancia es un punto a considerar, pero tambien nos llevaria a elevar demasiado el costo de la instalación, ademas de sobredimensionarnos durante el verano (el factor de 50% debería ser mas bajo para invierno y mas alto en verano) , este es el gran punto en contra que tiene la energía solar. Por ello que también hay que considerar otras fuentes de energía, por ejemplo usar un generador eolico, hidraulico etc.
Actualmente creo que la mayor tasa de retorno de la inversión en un sistema FV se logra al dimensionar y optimizar la generación durante el verano, y complementarlo con otros tipos de energías durante el invierno.


Respondiendo a FdoGallardo y como simplificacion del cálculo en general:
En general la boleta de luz trae estipulado tu consumo de energía (en KWh) durante el mes, si quieres puedes sacar el promedio anual, minimo de invierno o maximo de verano. Bueno esta cantidad:
1. Se divide por los días totales del periodo, para sacar un consumo promedio diario, ej si tienes tu consumo mensual de 180[KWh], dividido por 30[dias], nos da 6[KWh/dia], y esto es lo que podriamos llamar nuestro "flujo de caja", es decir, necesitamos poder almacenar y generar como mínimo 6[KWh] por día

2. Tomando en cuenta el factor de eficiencia+reserva de las baterías como un 70%: 70%* CapacidadBaterias= 6[KWh], por lo tanto CapacidadBaterias= 8,57 [KWh], cotizando en el mercado tenemos distintos tipos de baterías, en general son de 12[V], y su amperaje*hora es lo que varía, tomemos el mismo ejemplo de 105Ah, 12[V]*105[Ah]=1260[Wh]=1,26[KWh]. Dividimos la capacidad requerida por la capacidad de cada batería 8,57 [KWh]/1,26[KWh/bateria]= 6,8 Baterias ~ 7 Baterias

3. Los paneles nos deben entregar la misma cantidad al dia: 6[KWh]. Aqui se producen discrepancias segun los factores de HSP, eficiencia etc. (segun nuestra localizacion tomamos 7 HSP, durante las cuales nuestro sistema produce digamos, que al 75%, siendo objetivos, en verano)*. Por lo tanto PotenciaTotalPaneles*65%*7[horas]=6[KWh], nos da PotenciaTotalPaneles=1.318 [KW]= 1.318Watts, lo que equivalen a 10 paneles de 135Watts

4. El regulador se define según la configuración de voltaje que definamos y esto depende de si vamos a usar artefactos de 12[V], o si usaremos un inversor de 24[V], en general para lograr una carga de las baterias con bajo nivel de amperaje (para extender su vida util) usamos voltajes sobre 12[V], es decir 24 y 48[V].

(esta parte, es un poco mas teorica, bastante matematica, fundamentando los numeros, un modelo simplista por lo demás)
*: Bueno estos numeros vienen de un modelamiento que hice de la radiacion solar, preferentemente la de verano. Un poco de teoría: digamos que un panel de P Watts produce energia solo con los rayos perpendiculares a este, bueno digamos que los rayos del sol llegan con cierto angulo (alpha) con respecto a la vertical, la componente vertical de los rayos es por lo tanto cos(alpha), luego consideramos que la potencia estará ponderada por la cantidad de luz, esto es es cos(alpha), arreglamos lo anterior como una funcion para que nos quede acorde a la realidad, nuestra funcion de rayos solares será cos(Pi*(x+0.5)/7), con lo que hemos considerado que nuestro panel recibe luz de distinta intensidad durante 7 horas (de 10am a 17pm), y tiene un maximo de generación al 100% a las 13:30 horas, usando herramientas matematicas de integracion podemos calcular la energía generada durante el día teniendo la potencia nominal del panel y nuestra "funcion de luz", metemos todo al computador: Int(cos(Pi*(x+0.5)/7),x=10..17)~ 4.5 [Horas], siendo estas las horas a potencia nominal, de aqui sale que son 7 horas a 65 % de eficiencia o 6 horas al 75% 7*65% ~ 4,5. Ahora multiplicanos nuestra potencia nominal P por 4,5 y obtenemos la generacion diaria de cada panel. ej, 135[Watt]*4,5[Horas] = 607.5 [Wh]


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Espero que esto ayude a mas de alguno y aclare más dudas que las que genera, tambien agradeceria los comentarios y criticas.

Saludos


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