Seguidament s’identifiquen els componats del sistema fotovoltaic, característiques a tenir en compte i consells per el manteniment de la instal· lació. Tenim tres tipus diferents de sistemes fotovoltaics.

- Sistemes fotovoltaics independents - Sistemes mixtes de generació d’energia - Sistemes fotovoltaics connectats a la ret de distribució

En aquest projecte es realitza un sistema fotovoltaic independent, si es desitja obtindré informació referent als altres dos sistemes als annexes hi ha fonts d’informació que profunditzen més. Els sistemes fotovoltaics independents tal i com el nom indica, són sistemes que treballen de manera autònoma sense requeria ajuda de ningun altre sistema ni estar connectats a la xarxa de distribució elèctrica. Es a dir que tota l’energia consumida serà generada a través del sistema fotovoltaic Els sistemes fotovoltaics independents tenen diferents subsistemes, el que es farà servir al projecte és un dels mes comuns

Fig 6.1 Sistema solar fotovoltaic

El panell genera energia i aquesta va directa cap al regulador. El regulador s’encarrega de distribuir l’energia cap a la carrega DC, cap al inversor o en el cas de que no hi hagi consum, envia l’energia cap a les bateries per que aquestes l’emmagatzemin. El convertidor agafa la corrent directe i la transforma en corrent alterna.

Instal·lació fotovoltaica aïllada Un disseny d’un sistema aïllat implica una avaluació de la factibilitat econòmica, consideració de les condicions locals en quan a fots d’energia, profit social, impacte ambiental i els beneficis. A part cal tenir en compte el dimensionat. Dintre d’aquest sistema tenim diferents subsistemes:

- Connexió directe a la càrrega. - Connexió amb conversió de càrrega - Sistemes amb respatller d’energia. - Sistemes per carregues de corrent contínua

Regulador

Panell

solar

Inversor

• Carrega

AC

Panell

Solar

Carrega

DC

Bateries

- Sistemes per càrrega de corrent alterna - Sistemes per càrrega de corrent contínua i alterna.

Ens centrem en sistemes per càrrega de corrent contínua i alterna

Aquest sistema tal i com el nom indica, subministra corrent alterna i corrent directe de manera simultània. Tot comença quan el panell transforma l’energia rebuda del sol en energia elèctrica, seguidament hi ha un díode encarregat que la corrent circuli en un sentit. Regulador enviarà l’electricitat cap a les carregues o cap a les bateries quan no s’estigui consumint. Els acumuladors són bateries que s’encarreguen d’emmagatzemar l’energia.

Càlcul de l’energia. El càlcul de l’energia no es tan sols una taula on es reflexa el sumatori de consums de la instal· lació. Cal tenir en compte diferents factors com son las condicions de radiació solar on es vol implantar la instal· lació, per conèixer aquesta dada es pot acudir a bases de dades a través d’internet, consultar al ajuntament d’on es realitza la instal·lació o a diferents institucions meteorològiques. A l’hora de dimensionar la instal· lació hem de fixar-nos en les característiques tècniques de cada aparell elèctric, on el fabricant indica el consum. També cal tenir en compte si les carreges són CC o CA. Es molt important tenir en compte la tensió de treball de les càrregues, en aquest projecta es fa servir la de 12V que es la més comuna en instal· lacions fotovoltaiques. Això no vol dir que totes les carregues han de ser de 12V, simplement que en el criteri de selecció de tots els components serà una de les característiques tècniques a tindre en compte.

Càlcul e les càrregues CC

El sumatori de carregues a part del consums del aparells que constitueixen la càrrega, cal sumar les pèrdues originades per el procés de carrega de la bateria, l’energia consumida per el regulador de carrega i l’energia dels convertidors.

���������� = � Es interesant que l’usuari sàpiga que tots els components de la instal· lació fotovoltaica tenen un consum, amb això es dona el consell de buscar carregues de CC ja que aquestes no produeixen pèrdues en el convertidor CC/CA. Avui en dia hi ha un munt de càrregues de CC.

Càlcul de les carregues CA

To i que la demanda no especifica ninguna carrega en corrent alterna, un cop informat l’usuari de que el us de càrregues de corrent alterna contenen major pèrdues degut a la conversió, es decideix disposar la instal·lació d’una petita part de CA per si de cas. Es important saber que els inversors contra més grans són menys pèrdues tenen, això es perquè els grans inversors contenen una electrònica més depurada.

Dimensionat de la instal·lació

En aquest apartat es calcula la demanda de potencia de totes les carregues a penjar de la instal· lació fotovoltaica, per tal de determinar la potencia que han de tenir els panells. També contempla la autonomia que és el temps que la instal·lació fotovoltaica ha de subministrar energia elèctrica sense que els panells generin electricitat, això serveix per determina quin model de acumuladors necessitem. El primer que s’ha de fer es establir les dades de potencia trobades a les característiques tècniques de cada component. En el cas que no vingui especificada, a través de la tensió i el corrent podem arribar a conèixer la potencia a través de la següent equació.

���� = �����ó ��� · ������� ��� 1.8

Seguidament hi ha la taula que reflexa les carregues CC.

Element Unitats Consum per unitat Consum

Detectors infrarojos 2 600mW 1200mw

Sirena amb llum 1 6W 6W

Sonda 13 0.0125W 0.1625W

Electrovàlvula 4 5W 20W

Pastor elèctric 1 8W 8W

Menjadora 1 5W 5W

Conjunt PCBs 1 10W 10W

Fig 6.2 Taula carregues CC

Les carregues de corrent alterna no estan especificades ja que només s’utilitzaran en cas excepcional. Tenint en compte que aquest cas excepcional en el pitjor dels casos seria un equip de so de 400W per fer servir en festes. Arribats aquest punt cal definir el temps en hores que aquestes carregues estaran funcionant durant el dia. També cal definir el número de dies a la setmana. A part de dimensionar la instal·lació aquesta taula serveix per informar a l’usuari que si s’excedeix aquest consum les bateries es descarregaran i es sistema deixarà de proporcionar energia. El disseny esta dissenyat per una carrega limitada.

Element Potencia

(W) Hores funcionant/dia

Energia diària

(W·h)

Detectors infrarojos 0.6 24 14.4

Sirena amb llum 6 0.1 0.6

Electrovàlvules 20 0.2 4

Sonda 0.1625 24 3.9

Pastor elèctric 8 24 192

Menjadora 5 24 120

Conjunt PCBs 10 24 240

Equip de so 400 1 400

total 974.9

Tenint en compte que tots els dies de la setmana es tindrà el mateix consum el consum mensual de la instal·lació serà de 29,3kWh/mes. Cal sobredimensionar la instal· lació per cobrir la pèrdues. Per tal de sobredimensionar els càlculs fem servir un factor de correcció d’un 2.5% per pèrdues al cablejat, per pèrdues als panells a causa de les temperatures fem servir un factor de correcció del 15%, per les pèrdues generades a l’hora de carregar les bateries un 30%. De forma pràctica i per evitar errors farem servir un factor de 2. La quantitat d’hores que la intensitat solar arriba als 1kW/�� varia en funció dels mesos del any i de la meteorologia. Farem servir un valor mig obtingut a través de taules i consultes a diferents entitats. La següent taula proporcionada per aemet (Agencia estatal de meteorologia), mostra els nivells d’irradiància recollits a Barcelona durant l’any 2015.

A la formula X s’utilitza una radiació solar mitja proporcionada per l’ajuntament de Sant Esteve Sesrovires de 4,7kWh/��.

��� �!�!��� = " · #$%$&'�()/+,��

∆.%'�)� = 2 ·

012,0()

2,1) = 414.85 �

��� �!�! = �����9�� � �������

" = :�9���;�9����9�ó �����<� ;����;�;=�������.

∆�>��<� ?@�������;=<����?@�A�������������A������B��A�1000�

��

Un cop coneguda la potencia ja tenim les dades necessàries per poder seleccionar els panells. La marca Solartronic disposa de tot tipus de panells, per a l’aplicació del projecte s’utilitza el 0140M0115. Aquest panell entrega una potencia de 40W, les característiques tècniques es troben als annexes. Les especificacions son 414.85W, per poder obtindré la potencia de les especificacions es connecten en paral· lel 11 panells. Al realitzar aquest tipus de connexió tots els panells mantenen la mateixa tensió, per cada un dels díodes circula la intensitat individual de cada panel, al final es s’ajunten de manera que les intensitats es sumen i la potència també. D�� DE� ���F G DE� ���� G DE� ���H G DE� ���2 G DE� ���I G DE� ���J G DE� ���1 G DE� ���K

G DE� ���0 G DE� ���FL G DE� ���FF

��� �E� ��� � D�� 440�

Fig. Connexió en paral·lel Fig. Panell Solatronics

Selecció de les bateries

Hi ha dies en que la generació d’energia no es optima, ja sigui per que les condicions climàtiques no acompanyen, perquè ens trobem en horari nocturn, s’està realitzant manteniment als panells... Per cobrir aquesta manca de generació tenim els acumuladors. Les especificacions del projecte son que el sistema tingui una autonomia (temps que el sistema subministra energia sense generar) de 3 dies. Normalment la autonomia en climes tropicals es de 2 dies i en climes templets l’autonomia sol ser mes o menys de 5 dies. Per poder triar les bateries cal conèixer la mida de la càrrega a cobrir, la autonomia i les pèrdues per durant els processos de càrrega i descàrrega.

�������MN�#OPN = # �!�,� Q%$&' ·�RE>

STUVWXU. =

YZ[.Y\]

^_` · H+,�>

L.1I = 3899.6Wh

aE�!+b�> = Factor de màxima profunditat de descarrega entregat per el fabricant. El valor es troba a les característiques tècniques del component situades als annexes de la memòria. Aquest valor (aE�!+b�>) no supera el valor del 20% en bateries de plom-àcid, en bateries de cicle profund podria arribar fins el 80%. Les bateries de cicle profund son millors per aquest sistema ja que aquestes bateries estan preparades per realitzar molts cicles (càrrega durant el dia i descàrrega durant la nit). Aquestes bateries poden descarregar-se fins a un 80% de la seva capacitat. Un altre valor molt important a tindre en compte a l’hora de seleccionar la bateria es la Intensitat que pot suportar. Al tenir totes els panells en paral· lel tenim poca tensió (12V) per tant hem de calcular la intensitat en funció de la potencia.

D�� · ℎ� =# �!�,� c��!,� �(·)�

�� >,ó �d� =

HJII.K1I(·)

F�d= 325 � · ℎ

Un cop determinat el tipus que és bateries de cicle profund (bateries solars) cal que la bateria sigui de contra més capacitat millor per tal de reduir el nombre de bateries. Els fabricants especifiquen la capacitat de les bateries de la següent manera �fon K es el valor de la corrent. Si tenint una bateria amb una capacitat �FLL la tassa de descarrega podria ser de 25Ah en 4h. En aquest projecte s’utilitza la bateria UP-SPO85 solar monoblock de 85Ah a 12V. Es faran servir 4 unitats per arribar a aconseguir la intensitat de l’especificació. En el següent esquema observem que les bateries estan connectades en paral· lel ja que el que volem que incrementi es la intensitat i que la tensió es mantingui constant. En els annexes es troben descrites els característiques tècniques de la bateria.

Selecció del sistema de regulació de carga.

Per distribuir l’energia i per protegir la bateria contra descàrregues profundes o sobrecarregues es tria un regulador en funció de la tensió de treball, el corrent dels panells i el corren de consum. Cal tenir en compte las pèrdues del dispositiu i també a quina temperatura ha de treballar. En aquest projecte s’utilitza el controlador de carrega amb nº de referencia E1445-1 adquirit directament de TOMTOP.

EL projecte es decanta per aquest component degut a que suporta les especificacions de la instal·lació. Pot treballar tan a 12V com a 24V i pot proporcionar un corrent de carrega i descarrega configura ble a 50 i 60A, en aquest cas els panells entregant una corrent de 37A i cal escollir el regulador que treballi amb un corrent superior al 20% dels panells. A part es idoni per treballar fora de la xarxa. Com es pot apreciar en la foto, les connexions son molt intuïtives, a través dels dibuixos i amb la ajuda dels esquemes connectarem a l’esquerra els panells al centre les bateries i la càrrega de contínua a la

dreta, es important tenir en compte els signes. Els marges de temperatura que suporta el dispositiu es de -20 a 55ºC. Fig. Regulador de càrrega Als annexes es troba la fitxa de característiques tècniques del regulador.

Manteniment Per poder mantenir el rendiment de la instal·lació cal fer un petit manteniment, el qual el podrà realitzar qualsevol usuari ja que no es tracta d’un procés complex. Es possible que les cèl·lules no rebin irradiació solar homogènia, això pot ser degut a que hi hagi algun objecte entre el sol i el mòdul generant alguna ombra, algun excrement , neu, fulles o qualsevol cosa que es depositi sobre del panell. Es molt important retirar qualsevol matèria que es trobi a sobre del panell. Degut a que les cèl· lules es connecten en sèrie per incrementar la diferencia de potencial, quan una cèl·lula queda coberta aquesta no genera la mateixa intensitat que les demes i es pot arribar a convertir en una carrega.

ORIENCACIÓ i Angle del panell. Un element auxiliar molt important en un sistema fotovoltaic es la estructura de suport del panell solar. La estructura a part de aguantar el panell, serveix per orientar-lo de manera que aquest

pugui produir el màxim possible. La ubicació del panell es essencial per tal de captar el màxim d’irradiació. Contra més perpendicular incideixi la llum sobre el panell més energia produirà. Hi ha diferents estructures en funció de l’aplicació que necessitem. En aquest document s’utilitza una estructura fixa, si es vol profunditzar més sobre les diferents estructures als annexes hi han fonts d’informació. Quan el panell esta està fixat, cal tenir en compte dos paràmetres:

1. L’angle d’inclinació amb respecte a l’horitzontal. 2. L’orientació del panell respecte els punts cardinals

Si estem situats al hemisferi nord els panells deuen orientar-se cap al sud i si estem al hemisferi sud els panells deuen orientar-se cap al nord. Cal tenir en compte la orientació geogràfica i no la magnètica. La inclinació depèn de la latitud en la que es troba el panell, mentre mes a prop de l’equador menor deu ser l’angle d’inclinació. El angle d’inclinació deu ser major a l’hivern i menor a l’estiu.

Annexes. Panell

http://www.ebay.es/itm/Modulo-solar-5W-10W-20W-25W-30W-40W-50W-80W-100W-130W-140W-150W-195W-/351782731535?_trksid=p2141725.m3641.l6368 Característiques tècniques del panell

Regulador