SistemasFotovoltaicosAutónomos

Oscar PerpiñánLamigueiro

Dimensionado delSFA

ConsumoSistemas Fotovoltaicos AutónomosDiseño

Oscar Perpiñán Lamigueiro

http://oscarperpinan.github.io

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Dimensionado del SFA

Consumo

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Objetivo

I El dimensionado de un SFA consiste en decidir eltamaño del generador fotovoltaico y acumuladorque serán capaces de proporcionar la energíarequerida por una determinada carga a partir de laradiación disponible en la zona.

I Debido al comportamiento aleatorio tanto de laradiación como del consumo, la probabilidad defallo no es nula.

I La solución es un compromiso entre el coste y lafiabilidad del sistema.

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Dimensionado del SFANomenclaturaObjetivoEjemplosMétodos de dimensionadoConfiguración de generador y batería

Consumo

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Carga

Consumo: LProbabilidad de pérdida de carga: relación entre la

energía que no puede suministrar el sistemafotovoltaico y la energía solicitada por lacarga durante todo el período defuncionamiento.

LLP =Edef

L

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Capacidades normalizadas

Capacidad del generador: relación entre los valoresmedios de la energía que puede producir elgenerador y la energía consumida por lacarga.

CA =ηG ·AG ·Gd(β, α)

LCapacidad de acumulación: relación entre la capacidad

útil del acumulador y la energía consumidapor la carga.

Cs =CU

L=

CB · PDmax

L

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Dimensionado del SFANomenclaturaObjetivoEjemplosMétodos de dimensionadoConfiguración de generador y batería

Consumo

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Dimensionado

La tarea de dimensionar un sistema fotovoltaicoconsiste en encontrar la mejor solución decompromiso entre coste y fiabilidad.

I Diferentes valores de (CA, CS) pueden conducir almismo valor de LLP.

I Cuanto mayor es el sistema, mayor es la fiabilidad,pero mayor es el coste.

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Dimensionado del SFANomenclaturaObjetivoEjemplosMétodos de dimensionadoConfiguración de generador y batería

Consumo

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Generador grande, acumulador pequeño

Combinación de CA alta y CS baja

I Ciclos diarios con descargas profundas y frecuentes:perjudicial.

I Ciclos estacionales cortos: beneficioso (noestratificación).

I Estratificación compensable con sobrecargascontroladas.

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Generador pequeño, acumulador grande

Combinación de CA baja y CS alta

I Ciclos diarios con descargas moderadas: beneficiosoI Ciclos estaciones largos: perjudicial (favorece

sulfatación y estratificación)I Baja frecuencia de sobrecargas, estratificación díficil

de compensar.

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Sistemas Híbridos

I Cuando LLP es muy alta (p.e. radioenlaces) o lademanda es muy elevada (poblados) el generador yacumulador serán excesivamente grandes.

I Es habitual incluir un grupo electrógeno quesuministra la energía deficitaria y permite reducir eltamaño del SFA.

I Sinergia:I El grupo electrógeno reduce el tamaño del

generador FV y el acumulador sin reducir fiabilidad.I El generador fotovoltaico reduce horas de

funcionamiento del grupo: gasto en combustible ymantenimiento.

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Consumo

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Método del LLPI Series sintéticas («simuladas») de radiación solar

que reproducen el comportamiento estadístico en ellugar.

I Establece valores de CA y CS para un consumodeterminado con curvas de isofiabilidad.

Cs

CA’

0.6

0.8

1.0

1.2

1 2 3 4 5 6

LLP0.010.030.050.080.1

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Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Método del mes peorI Determina el tamaño de batería y generador para

abastecer el consumo durante el mes con peorrelación entre radiación y consumo.

I Si el consumo es constante, el mes peor es aquel demenor radiación.

I Aplican recomendaciones de expertos según zonageográfica y aplicación (tipología de consumo).

Valores según el UTS for SHS

I Electrificación rural:I CA = 1.1I 3 ≤ CS ≤ 5

I Aplicaciones profesionales:I 1.2 ≤ CA ≤ 1.3I 5 ≤ CS ≤ 8

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Dimensionado del SFANomenclaturaObjetivoEjemplosMétodos de dimensionadoConfiguración de generador y batería

Consumo

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Configuración de generador y batería

I Una vez elegidos los valores de CA y CS, se debenconfigurar el generador y batería de acuerdo a lastensiones de trabajo.

I En general, la batería impone la tensión de trabajo(no hay buscador de MPP). Supondremos Vmpp ' Vb

I Carga en Ah

QL = L/Vb

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Batería

I Capacidad en Ah (es recomendable no usar bateríasen paralelo)

Cs =CU

L=

CB · PDmax

L→ QB =

CS ·QL

PDmax

I Hay que elegir el número de vasos en serieadecuados a Vb

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Generador

I Capacidad del generador

CA =ηG ·AG ·Gd(β, α)

QL ·Vb

I Potencia del generador (suponiendo Vmpp ' Vb)

I∗g ·Vb = ηG ·AG ·G∗

I Corriente de funcionamiento (determina número deramas):

I∗g =CA ·QL ·G∗

Gd(β, α)

I Hay que elegir el número de módulos en serieadecuados a Vb

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Dimensionado delSFANomenclatura

Objetivo

Ejemplos

Métodos de dimensionado

Configuración de generadory batería

Consumo

Inclinación del generadorI Para instalaciones con consumos constantes o

similares a lo largo del año, se busca maximizar laradiación en los meses de menor insolación

β = |φ|+ 10◦

I Para instalaciones con consumo menor en meses debaja radiación se busca maximizar radiación enequinoccios.

β = |φ|I Para instalaciones con uso predominante en verano

(hemisferio Norte) conviene emplear un ánguloinferior a la latitud.

β = |φ| − 10◦

I En general, la inclinación debe superar los 15◦.

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Consumo

Dimensionado del SFA

ConsumoEstimación del consumoEscenarios de Consumo

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Dimensionado delSFA

ConsumoEstimación del consumo

Escenarios de Consumo

Cálculo del consumo

I Energía total requerida por las cargas

LT =Ldc

ηr+

Lac

ηinv

I Energía producida por el generador

L =LT

ηbat · ηc

Como valores orientativos pueden utilizarseηinv = 0.9, ηr = 0.95, ηbat = 0.85 y ηc = 0.98.

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Dimensionado delSFA

ConsumoEstimación del consumo

Escenarios de Consumo

Distribución del consumo

Consumo (kWh/mes)

Pro

babi

lidad

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 2 4 6 8 10

Vale do Ribeira

Pedra Branca

Vera Cruz

Pruno

’[. . . ] mucha gente consume poco y poca gente con-sume mucho’

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Dimensionado delSFA

ConsumoEstimación del consumo

Escenarios de Consumo

Relación entre el consumo y la fiabilidadI La variación en el consumo se amplifica en la

variación de la LLP.I Diseño robusto: funcionamiento en amplio abanico

de condiciones (ambientales y humanas).

L Lbase

LLP

LLP

base

0.5

1.0

1.5

2.0

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

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Dimensionado del SFA

ConsumoEstimación del consumoEscenarios de Consumo

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Dimensionado delSFA

ConsumoEstimación del consumo

Escenarios de Consumo

SHS 1

120 Wh/dia

I IluminaciónI RadioI TV b/n,I Sin frigorífico

Valores recomendados

CA = 1.13 ≤Cs ≤ 5

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Dimensionado delSFA

ConsumoEstimación del consumo

Escenarios de Consumo

SHS 2

250 Wh/dia

I IluminaciónI RadioI TV colorI Sin frigorífico

Valores recomendados

CA = 1.13 ≤Cs ≤ 5

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ConsumoEstimación del consumo

Escenarios de Consumo

SHS 3

1000 Wh/dia

I IluminaciónI radioI TV colorI Con frigorífico eficiente

Valores recomendados

CA = 1.1CS = 5

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ConsumoEstimación del consumo

Escenarios de Consumo

Centrales

I Todo ACI 500 Wh/dia por vivienda.

Valores recomendados

CA = 1.1CS = 5

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