APLICACIONES DE SISTEMAS CONECTADOS AREDGENERADOR DE 5KWGenerador Solar Colegio Menndez Pidal, Coslada, MadridNDICE1. INTRODUCCIN2. DESCRIPCIN DE UN SISTEMA DE CONEXIN A RED3. CONFIGURACIN DEL SISTEMA4. DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS4.1 Mdulos fotovoltaicos4.2 Inversores4.3 Sistema de Monitorizacin4.4 Contadores, protecciones y cableado5. ANEXOS TCNICOS5.1 Esquema unifilar5.2 Balance energtico y medioambientalGenerador de 5kW 1.INTRODUCCINLossistemasdeconexinalaredelctricaconstituyenlaaplicacinquemayorexpansinhaexperimentado en el campo de la actividad fotovoltaica durante los ltimos aos. La extensin a granescaladeestetipodeaplicacionesharequeridoeldesarrollodeunaingenieraespecficaquepermite,porunlado,optimizardiseoyfuncionamientotantodeproductoscomodeinstalacionescompletas, lo que incluye el desarrollo de nuevos productos con los conocimientos adquiridos y, porotro, evaluar su impacto en el conjunto del sistema elctrico, siempre cuidando la integracin de lossistemas y respetando el entorno arquitectnico y ambiental.El Real Decreto 2818/1998, de 23 de Diciembre, permite en Espaa que cualquier interesado puedaconvertirse en productor de electricidad a partir de la energa del Sol. Por fin el desarrollo sosteniblepuede verse impulsado desde las iniciativas particulares que aprovechando el recurso solar puedencontribuir a una produccin de energa de manera ms limpia y ms nuestra. Ahora, el ciudadano ensuviviendaunifamiliar,lacomunidaddevecinos,lasempresasuotrasentidadesquelodeseenpodrndisponerdesuinstalacinsolarconectadaalared.Nohayqueolvidarlabuenaimagencorporativa que conllevan este tipo de iniciativas en una sociedad cada vez ms sensibilizada con sumedioambiente.ISOFOTNS.A.,empresaespaolaPIONERAYLDERenelsectorfotovoltaico,fabricantedemdulos y de sistemas completos llave en mano, ha trabajado en los ltimos aos en instalacionesconectadasalaredelctrica.Sepuedencitarcomoejemplolosproyectosrealizadosenlasestaciones de servicio de Repsol (15 kWp), en el Campus de la Universidad de Jan (200 kWp), o elllevadoacaboenlapropiafbricadeISOFOTNenMlaga(15kWp)conobjetoderealizarun exhaustivoseguimientodeestossistemasquehapermitidoaumentarelknow-how,ascomoautoabastecer la fbrica de energa elctrica en la medida de lo posible.ISOFOTN se encuentra asimismo a la vanguardia de I+D de los sistemas de conexin a red, conproyectos emblemticos como Photocampa, PV Soundless, el Parque de las Ciencias de Granada oel Conjunto de Conexiones a Red en Centros Educativos de Coslada.Parque de las ciencias, GranadaGenerador de 5kW 2.DESCRIPCIN DE UN SISTEMA DE CONEXIN A REDLa instalacin fotovoltaica de conexin a red responde al sencillo esquema de la Fig.1. El generadorfotovoltaicoestformadoporunaseriedemdulosdelmismomodeloconectadoselctricamenteentre s y se encarga de transformar la energa del sol en energa elctrica, generando una corrientecontinua proporcional a la irradiancia solar que incide sobre ellos. Sin embargo, no es posible inyectardirectamente la energa del generador fotovoltaico en la red elctrica, ya que debe ser transformadaen corriente alterna para acoplarse a la misma.Figura 1. Esquema de principioLa corriente generada se conduce al inversor que, utilizando la tecnologa de potencia, la convierte encorriente alterna a la misma frecuencia y tensin que la red elctrica y de este modo queda disponiblepara cualquier usuario.Laenergagenerada,medidaporsucorrespondientecontadordesalida,sevenderalaempresadistribuidora tal y como marca el Real Decreto 2818/1998 anteriormente mencionado, que determinaun precio para la generacin fotovoltaica de 0,4 /kWh para instalaciones de potencia nominal 5 kW oinferior y de 0,22 /kWh para instalaciones de potencia nominal superior a 5 kW.Asimismo, la instalacin cuenta con un contador de entrada para descontar posibles consumos de lainstalacin (stand-by nocturno del inversor, principalmente).Deestaforma,lainstalacindeconexinaredseplanteacomounainversin,facturndoselaenerga de la instalacin fotovoltaica de forma independiente a la factura de consumo de la vivienda,porloqueesfalsalacreenciadequeslosevendealacompaaelctricaelexcedentedeproduccin.Este ltimo hecho permite reducir el perodo de amortizacin que depende de los siguientes factores:Potencialsolardelainstalacin:latitud,inclinacinyorientacindelgenerador,existenciaono de sombras.Porcentaje subvencionado: puede ser superior al 60 %, ya que existen subvenciones tanto anivel estatal (IDAE) como para cada Comunidad Autnoma en particular.Potencia nominal de la instalacin: como se ha mencionado el precio de la energa dependede la potencia nominal de la instalacin.Conrespectoaestepunto,esimportantedestacarquelapotencianominaldeunainstalacinsecalculacomolasumadelaspotenciasnominales de los inversores.ARRAY DE MDULOS INVERSORRED ELCTRICAGenerador de 5kW As, el perodo de amortizacin medio para una instalacin de 5 kW con una subvencin del 60 % esde unos 7 aos, incluyendo costes de mantenimiento, emisin de facturas, etc. Como la vida til de lainstalacin es superior a 20 aos, estos plazos pueden considerarse razonables.Enunamismainstalacinsepuedenemplearinversoresdediversaspotencias,cadaunoconsugenerador fotovoltaico de forma independiente. Esto permite realizar operaciones de mantenimiento en una parte de la instalacin sin interferir en elresto y confiere una gran modularidad al sistema en lo que respecta a:Potencia nominalPosibilidad de ampliaciones.Adaptacin a las particularidades del emplazamiento: minimizacin de sombras, utilizacin dediversos campos con orientaciones e inclinaciones diversas.Las tecnologas predominantes de inversores en el mercado son:Inversor de rama: monofsicos, para instalaciones de pequea potencia (potencia unitaria 5 kW),una sola rama de mdulos en serie por inversor.Inversormulti-rama:trifsicos,paramedianaygranpotencia(potenciaunitaria15kW),variasramas conectadas en paralelo de mdulos en serie por inversor.Enelproyectopresentadotantoeldiseocomoloscomponentesutilizadoscumplenlasrecomendaciones establecidas en la Normativa siguiente:Ley 54/1997 de 27 de Noviembre del Sector ElctricoRD2818/1998de23deDiciembresobreproduccindeenergaelctricaporrecursosofuentes de energas renovables, residuos y cogeneracin.RD 1663-2000 de 29 de Septiembre sobre conexin de instalaciones fotovoltaicas a la red debaja tensin.Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin. Ministerio de Industria y Energa.RD1955/2000de1deDiciembre,porelqueseregulanlasactividadesdetransporte,distribucin, comercializacin, suministro y procedimientos de autorizacin de instalaciones deenerga elctrica.Norma Bsica de la Edificacin, NBE.Especificaciones tcnicas especficas de la compaa elctrica distribuidora.Generador de 5kW 3.CONFIGURACIN DEL SISTEMALa siguiente tabla resume un ejemplo de configuracin, que podra variar, segn las necesidades dela zona o a peticin del cliente.Datos de RadiacinLocalidadMALAGA 33Latitud 36,7Campo 1MduloI-100 Azimut () 0N mdulos serie / inversor 25 Inclinacin () 30N mdulos / inversor 25 N ramas paralelo / inversor 1Area Generador / inversor (m2) 22 Potencia generador / inversor 2,50 kWpInversoresSOLETE 2500 Potencia nom. AC unitaria 2.500 WN total invers. 2 Potencia max. AC unitaria 2750 WN Total Mdulos 50 Potencia total Generador FV 5,00 kWpArea total Generador (m2) 44 Tipo conexinTotal sistemaN Total Mdulos 50 Pot. Generador FV 5,00 kWpArea Generador (m2) 44 Potencia del sistema 5 kWA continuacin se describen los componentes ms importantes. En el Anexo 2 se ofrece el balanceenergtico global del sistema.Generador de 5kW 4.DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS4.1Mdulos fotovoltaicosPara la realizacin de este proyecto se propone la utilizacin de mdulos fabricados con clulas desilicio monocristalino de elevado rendimiento. Estos mdulos los fabrica ISOFOTN en su factora deMlaga. Interesa insistir en que la tecnologa de fabricacin de estos mdulos ha superado unaspruebas de homologacin muy estrictas que permiten garantizar, por un lado, una gran resistenciaalaintemperiey,porotro,unelevadoaislamientoentresusparteselctricamenteactivasyaccesibles externamente.La siguiente tabla resume las caractersticas generales de los mdulos de ISOFOTN:La siguiente tabla resume las caractersticas especficas de los mdulos seleccionados:Clulas Si monocristalino, texturadas y con capa antirreflexivaContactos Contactos redundantes, mltiples, en cada clulaLaminado EVA (etilen-vinil acetato)Cara frontalCara posteriorMarcoCajas de conexinToma de tierraEspecificaciones IEC 61215 y Clase II mediante certificado TVSeccin de cableTerminal de conexinBornera atornillable con posibilidad de soldadura/ Multicontacto opcionalVidrio templado de alta transmisividad Protegida con Tedlar de varias capas.Aluminio anodizadoAluminio anodizadoIP 65 con diodos de bypass4-10 mm2SModelo I-100Potencia (Wp)100Vnom (V)12Icc (A)6,54Voc (V)21,6Imax (A)5,74Vmax (V)17,4Dimensiones (mm)1310 x 654 Peso (k g)11,5Ns36Np 2TONC (C) 47rea (m2) 0,87Tolerancia (%) 10Generador de 5kW 4.2InversoresLos inversores propuestos actan como fuentes de corriente sincronizada con la red y disponen demicroprocesador de control y de PLC de comunicaciones.TrabajanconectadosporsuladoDCaungeneradorfotovoltaico,yporsuladoACauntransformador que adapta la tensin de salida del inversor a la de la red. Este transformador permiteadems el aislamiento galvnico entre la parte DC y la AC.Disponedeunmicroprocesadorencargadodegarantizarunacurvasenoidalconunamnimadistorsin.Lalgicadecontrolempleadagarantiza,ademsdeunfuncionamientoautomticocompleto,elseguimientodelpuntodemximapotencia(MPP)yevitalasposiblesprdidasdurante periodos de reposo (Stand-By).As,soncapacesdetransformarencorrientealternayentregaralaredtodalapotenciaqueelgeneradorfotovoltaicogeneraencadainstante,funcionandoapartirdeunumbralmnimoderadiacin solar.Adems,permiteladesconexin-conexinautomticadelainstalacinfotovoltaicaencasodeprdidadetensinofrecuenciadelared,evitandoelfuncionamientoenisla,garantadeseguridadparalosoperariosdemantenimientodelacompaaelctricadistribuidora.Losumbrales permitidos son:En frecuencia: 51 a 49 HzEn tensin: 1.1 Um a 0,85 UmTambinactacomocontroladorpermanentedeaislamientoparaladesconexin-conexinautomticadelainstalacinfotovoltaicaencasodeprdidaderesistenciadeaislamiento.Estacaracterstica,juntoconlaconfiguracinflotanteparaelgeneradorfotovoltaico,garantizalaproteccindelaspersonas.Lasiguientetablaresumelascaractersticasespecficasdelosinversores seleccionados:Modelo SOLETE 2500Pmax (W) 2750Pnom (W) 2500Vmin MPP (V)300Vmax MPP (V) 525Vmax (V) 650Unom (V) 220/230 europeo (%) 92,30%Dimensiones (mm) 500 x 400 x 300Peso (k g) 35Distorsin armnica (%)< 4Factor de potencia > 0,98Umbral de arranque (W) 370 VConsumo stand-by (W) < 5Imax,in 10Rango Ns (mdulos 12 V)20-28IP IP 65Disponibilidad (%) 0,96Generador de 5kW 4.3Sistema de MonitorizacinLamonitorizacindelSoleteestimplementadapordefecto.Losequiposvienenpreparadosparacomunicarse en puerto serie RS-485.ParacomunicarlosequiposconelPCesprecisoquestereconozcalacomunicacinRS-485,mediantelainclusindeunatarjetaRS-485enelordenadorolainstalacinadicionaldeunconversor de seal RS-484 en RS-232.LaspantallasdemonitorizacindelSoletesondescritasenlosprrafossiguientes.Esposiblemonitorizar hasta 32 equipos en serie.Elprogramademonitorizacin,entregadoporEnertrn,tienelassiguientes caracteristicas.:Elsoftwareescapazderegistraryrepresentar las siguientes variables:TensinycorrientedeentradaPotenciaactivadesalidayPotencia de entradaRadiacin y temperatura en elarray fotovoltaico (encasodecontar con medidores)EnergatotalinyectadaenlaredEstado del sistema, incluyendo:1.Estado del equipo (Marcha-Paro/ Localizado MPP-MPP localizado)2.Estado de los contactores de entrada y salida3.AlarmasTodas estas variables se muestran deformadigital,entiemporeal,enlaprimerapantalladelProgramadeMonitorizacin.Lasegundapantallarepresentalosdatoshistricos(histricomensualyvaloresmediosydepicoobtenidosdurante el funcionamiento diario)Generador de 5kW 4.4 Contadores, protecciones y cableadoLainstalacincumplecontodaslasconsideracionestcnicasexpuestasenelRealDecreto1663/2000, as como con la propuesta de seguridad del pliego tcnico que nos ocupa y contar conlos siguientes elementos de proteccin:1.Interruptor general manual, interruptor magnetotrmico con intensidad de cortocircuito superiora la indicada por la empresa distribuidora en el punto de conexin. Este interruptor ser accesiblea la empresa distribuidora en todo momento, con objeto de poder realizar la desconexin manual.2.Interruptor automtico diferencial.3.Interruptor automtico de interconexin controlado por software, controlador permanentede aislamiento, aislamiento galvnico y proteccin frente a funcionamiento en isla, incluidasen el inversor, como se ha detallado en el apartado previo.4.Puestaatierradelmarcodelosmdulosydelaestructuramediantecabledecobredesnudo y pica de tierra, siguiendo la normativa vigente en este tipo de instalaciones, es decir,sin alterar las condiciones de puesta a tierra de la red de la empresa distribuidora.5.Aislamiento clase II en todos los componentes: mdulos, cableado, cajas de conexin, etc.Setendrnencuentaenlainstalacinademslossiguientespuntosadicionalesconobjetodeoptimizar la eficiencia energtica y garantizar la absoluta seguridad del personal:a)Todos los conductores sern de cobre, y su seccin ser la suficiente para asegurar que lasprdidasdetensinencablesycajasdeconexinseaninferioresal1%delatensindetrabajo del sistema en cualquier condicin de operacin. Todos los cables sern adecuadospara uso en intemperie, al aire o enterrados (UNE 21123).b)La red de distribucin DC discurrirde forma area hasta la caja de conexiones y medidasDC y desde este punto estar grapeada en pared hasta el inversor.5.ANEXOS TCNICOS5.1Esquema unifilar f VacInterruptor automtico controlado por vigilante de tensin y frecuenciakWhInterruptor diferencialInterruptor magnetotrmicoContador de energa25 mdulos en serieI-100/12 f VacINVERSOR 2 SOLETE 2500FusibleVaristorN R S TCUADRO CONTADORESCuadro dedistribucinInterruptor deControl de Potencia (ICP)Contador deentrada alconsumoCaja deembarradoContadorsalidaCUADRO ELCTRICO DE LA E.D.Caja General deProteccin de la EDContador entradak W hkWhkWhESQUEMA UNIFILAR SISTEMA DE CONEXIN A RED DE 5 kWGENERADOR FOTOVOLTAICOPuesta a tierra de marcos de mdulos, estructura y carcasa del inversorInterruptor on/off del inversorVigilante de aislamientoCUADRO PROTECCIONESInterruptorgeneral25 mdulos en serieI-100/12 f VacINVERSOR 1 SOLETE 2500CUADRO PROTECCIONES5.2Balance energtico y medioambientalDescripcin del mtodo de clculo LosdatosderadiacinutilizadosenesteproyectocorrespondenalosdelabaseH-WORLDparaplanohorizontal,querepresentaelfrutodeseisaosdetrabajode diversos Organismos y Centros de Investigacin de un nmero considerable de pases. Como mtodos para la extrapolacin de estos datos a otras superficies no horizontales y, en general, para la realizacin de los clculos de produccin energtica de los sistemas correspondientes a cada una de las provincias, se han utilizado los mtodos propuestos por diferentes investigadores del IES-UPM. Para la obtencin del ngulo que optimizalacaptacin energtica a lolargodel aose propone la siguiente: + = 69 , 0 7 , 3 pt La irradiancia sobre esta inclinacin ptima se estima como: ) 10 * 19 , 1 10 * 46 , 4 1 /( ) 0 ( ) (2 4 4opt opt a opt aG G = Paraestimarcmoafectanlaorientacineinclinacindelgeneradorfotovoltaicoala produccin energtica, se proponen las siguientes frmulas: ( ) [ ] ( ) [ ]3 221) ( ) ( / , g g g G Gopt opt opt a eff+ + = donde 3 221 i i i ig g g g + + = ; i = 1,2,3 A continuacin se detallan los valores tpicos de los coeficientes g para un grado mediano de suciedad. Coeficientes1 = i 2 = i 3 = iig1 910 8x710 8 , 3x410 218 , 1 xig2 710 27 , 4 x610 2 , 8x410 892 , 2xig3 510 5 , 2 x410 034 , 1 x9314 , 0 GENERADOR SOBRE AZOTEA -BALANCE ENERGTICO -Datos de RadiacinLocalidad MALAGAAzimut () 0Inclinacin () 30Latitud 36,7Prdidas del sistemaAumento radicin ngulo ptimo con respecto a radiacin ngulo horizontal13,70% Prdidas sombreado 2,00%Prdidas dispersin de parmetros del generador6,00%Prdidas temperatura mdulos8,00%Prdidas , , incidencia no perpendicular6,86%Prdidas polvo en generador4,00%Prdidas cableado 1,50% Rendimiento inversor 92,30%Prdidas transformador 0,00% PR 74,30%Disponibilidad 96,00%Enero 2,31 8,57 265,52 105,33Febrero 3,33 12,38 346,74 137,54Marzo 4,31 16,00 495,86 196,69Abril 5,14 19,09 572,74 227,19Mayo 6,44 23,94 742,19 294,40Junio 6,81 25,28 758,49 300,87Julio 7,36 27,35 847,76 336,28Agosto 6,44 23,94 742,19 294,40Septiembre 5,28 19,61 588,22 233,33Octubre 3,78 14,03 435,08 172,58Noviembre 2,58 9,60 287,92 114,21Diciembre 2,22 8,26 255,93 101,52Ao plano horizontal4,67 17,37 6.338,64 2.514,35Ao plano ngulo ( ,) ptimo4,95 18,39 6.712,54 2.662,66TOTAL CORREGIDO (0 ,30) con prdidas sombreado y disponibilidad4,85 18,02 6.315,15 2.505,03Prima econmica ()MesRadiacin diaria media efectiva (kWh/m2/da)Energa diaria generada(kWh/da)Energa total generada(kWh)01.0002.0003.0004.0005.0006.0007.000Energa (kWh/ao)Ao plano horizontal Ao plano ngulo (,)ptimoTOTAL CORREGIDO (0,30) con prdidassombreado y disponibilidadDatos energticos anuales Distribucin de las prdidas del sistema19%6%17%22%11%4%21%0%Prdidas orientacin, inclinacin e incidencia no perpendicularPrdidas sombreadoPrdidas dispersin de parmetros del generadorPrdidas temperatura mdulosPrdidas polvo en generadorPrdidas cableadoPrdidas inversorGENERADOR SOBRE AZOTEA -BALANCE MEDIOAMBIENTAL -La energa solar fotovoltaica ayuda a disminuirproblemas medioambientales como:* El efecto invernadero (provocado por las emisiones de CO2 ) * La lluvia cida (provocada por las emisiones de SOx ) La siguiente tabla recoge el resumen de la aportacin del sistema a la conservacin delmedioambiente (*):Energa totalMes generada(kWh) CO2 (Tm) SOX (kg)Enero 265,52 0,28 0,78Febrero 346,74 0,36 1,02Marzo 495,86 0,52 1,46Abril 572,74 0,60 1,69Mayo 742,19 0,78 2,19Junio 758,49 0,80 2,24Julio 847,76 0,89 2,50Agosto 742,19 0,78 2,19Septiembre 588,22 0,62 1,73Octubre 435,08 0,46 1,28Noviembre 287,92 0,30 0,85Diciembre 255,93 0,27 0,75Ao plano horizontal 6.338,64 6,67 18,69TOTAL CORREGIDO 6.315,15 6,64 18,62Teniendo en cuenta que el consumo medio de un hogar espaol es de 2125 kWh/ao (**),la produccin de electricidad de este sistema fotovoltaico conectado a la red representa 3,00 veces este consumo.Las referencias utilizadas en los clculos son las siguientes:(*)Electricidad solar (ingeniera de los sistemas fotovoltaicos) Eduardo Lorenzo (Ed. PROGENSA)(*)Fundamentos, dimensionado y aplicaciones de la energa solar fotovoltaica (Ed. CIEMAT)En ambos escritos se comparan las emisiones de gases de la combustin del carbn convencional con las de la energa solar fotovoltaica, contabilizndose las fases deconstruccin y operacin de las plantas, pero no la de extraccin de los componentes.(**) Tesis doctoral: "Edificios fotovoltaicos conectados a la red elctrica: Caracterizacin y anlisis" Estefana Caamao (IES) CANTIDADES QUE DEJAN DE EMITIRSE A LA ATMSFERA