Tutorial N 192 -Instalacin Solar Fotovoltaicapara Viviendandice de contenidos:

1- Introduccin

1.1- Generalidades

1.2- Principio fotoelctrico

1.3- Arquitectura del sistema

2- Componentes del sistema

2.1- Mdulos fotovoltaicos

2.2- Regulador de carga

2.3- Bateras y sistemas acumuladores solares

2.4- Inversor o Convertidor DC/AC

2.5- Cableado

2.6- Protecciones

3- Datos de partida

3.1- Emplazamiento

3.2- Disposicin de los mdulos

3.3- Estimacin del consumo

3.4- Radiacin solar disponible

4- Clculo de la instalacin

4.1- Nmero y conexionado de los mdulos solares

4.2- Clculo de las bateras

4.3- Clculo del regulador

4.4- Clculo del inversor

4.5- Cableado y protecciones

DESARROLLO DEL CONTENIDO

http://www.sfe-solar.com/suministros-fotovoltaica-aislada-autonoma/enersys/#1- Introduccin1.1- GeneralidadesEn este tutorial se va a realizar el estudio y diseo de las instalaciones solares fotovoltaicas aisladas que permiten la generacin de electricidad para el consumo directo en una vivienda unifamiliar que se encuentre aislada de cualquier red elctrica pblica de suministro.El principal objetivo de una instalacin solar aislada es la de producir energa elctrica para autoconsumo, sin necesidad de depender de una red elctrica de distribucin y suministro, de modo que se logre ser autosuficiente a este respecto.Se tratar, por tanto, de describir los elementos que componen una instalacin fotovoltaica autnoma, incluyendo catlogos y hojas de especificaciones tcnicas de los distintos equipos y exponer un caso prctico de clculo, que pueda servir de gua y modelo para otras instalaciones. 1.2- Principio fotoelctricoLa base sobre la cual se fundamenta los actuales sistemas fotovoltaicos comerciales es el denominado principio fotoelctrico, mediante el cual las radiaciones de la luz solar se pueden transformar en energa elctrica. Este efecto tiene lugar en las llamadas clulas fotoelctricas, unidad bsica que componen los mdulos o paneles fotovoltaicos.

Figura 1. Clula fotoelctricaToda radiacin de luz solar est compuesta por partculas elementales, llamadas fotones. Estas partculas llevan asociada un valor de energa (E), que depende de la longitud de onda () de la radiacin, y cuyo valor cuantitativo viene expresado de la forma siguiente:h c

E =

donde (h) es la constante de Planck y (c) es la velocidad de la luz. Se remite al lector a consultar el valor de estas constantes fsicas en el siguiente enlace:

>> Sistemas de Unidades de Medida

Cuando un mdulo fotovoltaico recibe radiacin solar, los fotones que componen dicha radiacin inciden sobre las clulas fotovoltaicas del panel. stos pueden ser reflejados, absorbidos o pasar a travs del panel, y slo los fotones que quedan absorbidos por la clula fotovoltaica son los que, finalmente, van a generar electricidad.

En efecto, cuando el fotn es absorbido por la clula, la energa que porta el fotn es transferida a los tomos que componen el material de la clula fotovoltaica. Con esta nueva energa transferida, los electrones que estn situados en las capas ms alejadas son capaces de saltar y desprenderse de su posicin normal asociada al tomo y entrar a formar parte de un circuito elctrico que se genera.Por lo tanto, un factor crucial para que pueda generarse el efecto fotovoltaico es que las clulas de los paneles solares estn compuestas por un tipo determinado de material, tales que sus tomos sean capaces de liberar electrones para crear una corriente elctrica al recibir energa. Los tomos de los materiales llamados semiconductores ofrecen esta propiedad, es decir, materiales que actan como aislantes a baja temperatura y como conductores, al desprenderse de sus electrones, cuando se aumenta la energa que incide sobre ellos.Adems, para mejorar sus prestaciones estos materiales semiconductores son tratados de forma que se crean dos capas diferentes dopadas (tipo P y tipo N), con el objetivo de formar un campo elctrico, positivo en una parte y negativo en otra, de manera que cuando la luz solar incide sobre la clula para liberar electrones, stos puedan ser atrapados por el campo elctrico, y formar as una corriente elctrica.

En la actualidad, la mayora de las clulas solares estn construidas utilizando como material semiconductor el silicio, en sus formas mono o policristalina.Las clulas solares de silicio monocristalino se fabrican a partir de secciones cortadas o extradas de una barra de silicio perfectamente cristalizado de una sola pieza, y que permiten alcanzar rendimientos del 24% en ensayos de laboratorio y del 16% para clulas de paneles comercializados.Por el contrario, para obtener clulas solares de silicio puro del tipo policristalino el proceso de cristalizacin del silicio es diferente. En este caso se parte de secciones cortadas de una barra de silicio que se ha estructurado desordenadamente en forma de pequeos cristales. Son ms baratas de fabricar y se reconocen visualmente por presentar su superficie un aspecto granulado. Los rendimientos obtenidos son inferiores, alcanzndose del orden del 20% en ensayos de laboratorio y del 14% en mdulos comerciales.En consecuencia, los mdulos solares fotovoltaicos fabricados con clulas de silicio monocristalino ofrecen una mayor potencia nominal que los hechos a base de clulas de silicio policristalino, debido principalmente a las mejores propiedades que ofrece el silicio monocristalino, un material muy uniforme, frente a la falta de uniformidad que presentan los lmites de grano del silicio policristalino. Adems, otro aspecto importante es la textura final en su superficie que presentan las clulas monocristalinas, de mayor calidad y con mejores propiedades antirreflexivas, que permiten mejorar las prestaciones del mdulo.

Figura 4. Tipos de paneles fotovoltaicos1.3- Arquitectura del sistemaUna instalacin fotovoltaica para vivienda est destinada a satisfacer las necesidades de consumo propio de electricidad, y consta de un esquema de instalacin cuyos componentes principales se muestran en la figura adjunta.

Figura 5. Componentes de una instalacin fotovoltaicaPaneles o mdulos solares son los encargados de captar la radiacin solar y transformarla en electricidad, generando una corriente continua (CC), tambin llamada directa (DC). El nmero de paneles quedar determinado por la potencia que se necesita suministrar, y su disposicin y forma de conexionado (en serie o en paralelo), ser en funcin de la tensin nominal de suministro y la intensidad de corriente que se desee generar.Regulador o controlador de carga, encargado de controlar la carga de las bateras desde los mdulos o paneles generadores, as como de su descarga hacia el circuito de alimentacin interior de la vivienda, evitando adems que se produzcan cargas o descargas excesivas del conjunto de bateras.Acumuladores o bateras, permite el almacenamiento de la energa que se produce durante el da con la radiacin solar para ser utilizada en la noche o durante periodos prolongados de mal tiempo o con poca radiacin solar. Adems el uso de bateras permite poder inyectar una intensidad de corriente superior a la que los propios paneles solares puedan entregar, si la instalacin interior de la vivienda lo requiere.Inversor o convertidor DC/AC, dispositivo que permite la conversin de la corriente continua (DC) generada en los paneles fotovoltaicos en corriente alterna (AC) para que pueda ser empleada por los receptores y electrodomsticos utilizados en la vivienda.

Figura 6. Esquema de instalacin fotovoltaica para autoconsumo2- Componentes del sistema2.1- Mdulos fotovoltaicosLos mdulos o paneles fotovoltaicos estn formados por la interconexin de clulas solares dispuestas en serie y/o en paralelo de manera que la tensin y corriente que finalmente proporcione el panel se ajusta al valor requerido.

Figura 7. Panel solar fotovoltaicoLa conexin entre clulas puede ir en serie y/o en paralelo, para adaptar el panel a los niveles de tensin y corriente requeridos. Cada clula de las que compone un panel fotovoltaico es capaz de ofrecer una tensin del orden de 0,5 voltios y una potencia elctrica alrededor de los 3 watios, aunque este valor depender de la superficie que mida la clula. De esta manera la potencia que pueda ofrecer un mdulo depender del nmero de clulas que posea, estando diseado para el suministro elctrico en corriente continua (directa, DC), a un determinado voltaje (normalmente 12 24 V).La tensin e intensidad de corriente que es capaz de ofrecer un panel fotovoltaico depender del nmero de clulas que disponga y el tipo de conexin entre clulas. Como norma general, los paneles solares se fabrican disponiendo primero las clulas necesarias en serie hasta que se alcance la tensin que se desee a la salida del panel, y a continuacin, estos ramales de clulas se asocian en paralelo hasta alcanzar el nivel de corriente deseado.Por otro lado, al sistema completo formado por el conjunto de mdulos o paneles fotovoltaicos dispuestos o conexionados en serie y/o en paralelo se le suele denominar generador fotovoltaico. Con el fin de poder ofrecer la potencia elctrica deseada, as como de la tensin e intensidad de corriente a la salida del generador, los distintos mdulos o paneles sern distribuidos en serie y/o en paralelo, segn convenga.

Para formar un panel o mdulo fotovoltaico, las clulas conectadas unas con otras se dispondrn encapsuladas y montadas sobre una estructura soporte o marco, conformando el llamado mdulo fotovoltaico. Los elementos que componen un mdulo fotovoltaico son los siguientes: - Una cubierta exterior transparente realizado en vidrio templado de unos 3 4 mm de espesor, con su cara exterior texturada de modo que mejore el rendimiento cuando la radiacin solar ocurre a bajo ngulo de incidencia, as como para absorber mejor la radiacin solar difusa del ambiente.- Un material de relleno interior, que funciona de encapsulante, hecho a base de vinilo de acetato etileno (EVA), que sirve para recubrir las clulas fotovoltaicas dentro del mdulo, protegindolas de la entrada de aire o humedad, y evitando as que se produzca la oxidacin del silicio que conforma las clulas, dado que de producirse dejaran de funcionar. - Una cubierta posterior realizada normalmente a base de fluoruro de polivinilo (PVF), que adems de sus propiedades como aislante dielctrico, ofrece gran resistencia a la radiacin ultravioleta, contribuyendo a servir de barrera a la entrada de humedad y ofreciendo una gran adhesin al material del que est hecho el encapsulante interior.- Las propias clulas fotoelctricas, ya estudiadas en apartados anteriores.- Elementos de conexin elctrica entre clulas, para establecer el circuito elctrico.- Una caja estanca de conexiones, dotada de bornes de conexin normalizados y con grado de proteccin IP65, de donde parte el cableado exterior del mdulo para su conexin con otros mdulos que conforman el sistema completo de generacin fotovoltaica. En dicha caja se incluyen los diodos de proteccin cuya misin es la de reducir la posibilidad de prdida de energa debido a un mal funcionamiento por sombreados parciales de paneles y de evitar la rotura del circuito elctrico por este efecto. Ello es as porque cuando se produce una sombra parcial sobre un panel, ste deja de generar corriente y se convierte en absorbedor de energa, lo que producira un recalentamiento excesivo del mismo que podra daarlo.

Mdulos FotovoltaicosGua Tcnica--Catlogos de productos

- El marco estructural realizado generalmente en aluminio anodizado que ofrece resistencia mecnica y soporte al conjunto. Se deber comprobar en las especificaciones del fabricante del mdulo su resistencia mecnica frente al viento y cargas de nieve, de manera que el conjunto se adecue a las condiciones ambientales del lugar donde se instalen.Las prestaciones de los mdulos que aparecen en la informacin tcnica que proporciona cualquier fabricante estn obtenidas sometiendo a los mdulos a unas Condiciones Estndar de Medida (CEM) de irradiancia y temperatura, que son siempre las mismas y son utilizadas universalmente para caracterizar clulas, mdulos y generadores solares. Estas condiciones son las siguientes:- Irradiancia solar: 1000 W/m2;- Distribucin espectral: AM 1,5 G; - Temperatura de clula: 25 C.No obstante, las condiciones reales de operacin de los mdulos sern distintas a las estndares anteriores, por lo que habr que aplicar los correspondientes coeficientes correctores a los procedimientos de clculos que se realicen.Segn se indican en las siguientes grficas de la figura 9, donde se define el funcionamiento de un mdulo fotovoltaico, el valor de corriente generado por el mdulo crece con la intensidad de radiacin solar, mientras que la tensin que ofrece cae conforme aumenta la temperatura alcanzada en las clulas del mdulo.

Figura 9. Curvas de funcionamiento de mdulos fotovoltaicosCuando se habla de temperatura alcanzada en las clulas del mdulo, se entiende que es la temperatura que tiene la superficie del panel fotovoltaico, que evidentemente no tiene que ser igual a la de la temperatura ambiente, puesto que la superficie del mdulo se calienta por la radiacin solar que recibe.Un mdulo fotovoltaico suele trabajar dentro de un rango determinado de valores de intensidad y voltaje, dependiendo de la intensidad de radiacin solar recibida, de la temperatura alcanzada en su superficie o el valor de la carga elctrica que alimenta.En la siguiente figura se representa esquemticamente en lnea continua la curva intensidad-tensin (I-V) de un mdulo fotovoltaico cualquiera, mientras que en lnea discontinua se representa la potencia entregada por el mdulo, para dos situaciones de trabajo (A y B) distintas.

Figura 10. Curvas I-V y de PotenciaDe la anterior figura se observa que se debe hacer trabajar al mdulo fotovoltaico en el rango de la tensin de mxima potencia, para s obtener su mejor rendimiento.En resumen, en funcin de la radiacin solar, la temperatura de las clulas del mdulo (que depender a su vez de la temperatura ambiente, humedad, velocidad del viento, material de fabricacin del mdulo, etc.) y de la carga elctrica que alimente, el mdulo fotovoltaico generar una determinada intensidad de corriente (I) a una determinada tensin (V), y cuyo producto marcar la potencia elctrica (P) generada por el mdulo.A continuacin, en el siguiente enlace, se puede acceder a la ficha de especificaciones tcnicas del modelo de mdulo fotovoltaico que se ha seleccionado para la realizacin de la instalacin solar de la vivienda, objeto de este tutorial.

>> MDULO MONOCRISTALINO ISF-255, marca ISOFOTN

Para entender mejor los parmetros incluidos en la ficha de caractersticas tcnicas del mdulo, se incluye algunas definiciones para su mejor comprensin:- Potencia nominal o mxima (PMX): es tambin conocida como potencia pico del panel. Es el valor mximo de potencia que se puede obtener del panel, y se obtiene del producto entre la tensin y la corriente de salida del panel. Para el mdulo seleccionado ISF-255, el valor de PMX = 255 W (CEM).- Tensin en circuito abierto (VOC): es el valor mximo de voltaje que se medira en el panel o mdulo si no hubiese paso de corriente entre los bornes del mismo (intensidad de 0 amperios). Para el mdulo seleccionado ISF-255, el valor de VOC = 37,9 V (CEM).- Intensidad de cortocircuito (ISC): es la mxima intensidad que se puede obtener del panel fotovoltaico (tensin de salida 0 V). Para el mdulo seleccionado ISF-255, el valor de ISC = 8,86 A (CEM).- Tensin en el punto de mxima potencia (VM VMX): es el valor de la tensin en el punto de mxima potencia o potencia pico, que suele ser el 80% de la de vaco. Tambin se suele representar como VMP. Para el mdulo seleccionado ISF-255, el valor de VMP = 30,9 V (CEM).- Intensidad de corriente mxima (IM IMX): es el valor de la corriente en el punto de mxima potencia o potencia pico. Tambin se suele representar como IMP. Para el mdulo seleccionado ISF-255, el valor de IMP = 8,27 A (CEM).Recordemos que CEM se refiere que los valores antes indicados se han obtenido en Condiciones Estndar de Medida.2.2- Regulador de cargaUn regulador de carga, cuyo emplazamiento se indica con la letra B en la figura adjunta, es un equipo encargado de controlar y regular el paso de corriente elctrica desde los mdulos fotovoltaicos hacia las bateras.

Por lo tanto tanto, estos dispositivos funcionan como un cargador de bateras, evitando adems que se produzcan sobrecargas y a la vez limitan la tensin de las bateras a unos valores adecuados para su funcionamiento. De este modo, un regulador de carga se encarga de controlar la forma de realizar la carga de las bateras cuando los paneles solares estn recibiendo radiacin solar evitando que se produzcan cargas excesivas. Y a la inversa, esto es, durante el proceso de descarga de las bateras destinado al consumo de electricidad en la vivienda, el regulador evita igualmente que se produzcan descargas excesivas que puedan daar la vida de las bateras. De un modo sencillo, un regulador se puede entender como un interruptor colocado en serie entre paneles y bateras, que est cerrado y conectado para el proceso de carga de las bateras, y abierto cuando las bateras estn totalmente cargadas.Asimismo, en la actualidad la mayora de los reguladores de carga disponen de una funcin que permite maximizar la energa capturada por el generador fotovoltaico mediante el uso de una tecnologa especfica de seguimiento y bsqueda del punto de mxima potencia de funcionamiento del generador (MPP, Maximum Power Point), tambin llamado MPP-tracking MPPT (del ingls, track: seguir, rastrear).El regulador de carga se seleccionar para que sea capaz de resistir sin daos unos valores de tensin nominal e intensidad mxima de acuerdo a la configuracin del sistema de generadores fotovoltaicos instalados. De esta manera, ste debe estar dimensionado para soportar la intensidad mxima de corriente generada en el sistema, tanto en la lnea de entrada al regulador procedente de los generadores fotovoltaicos, como en la lnea de salida hacia las cargas que alimenta.

En este sentido, la corriente mxima prevista por la lnea de entrada al regulador desde los generadores fotovoltaicos es la correspondiente a la corriente de cortocircuito (ISC) del generador fotovoltaico ms un margen de seguridad (generalmente un 25%), para tener en cuenta los posibles picos de irradiancia o los cambios de temperatura. Por otro lado, la corriente mxima prevista por la lnea de salida viene dada por el consumo de las cargas del sistema (aparatos elctricos, electrodomsticos, etc.) tambin incrementada en un 25% (Isalida). La eleccin del regulador ser aquel que soporte la mayor de las dos anteriores corrientes elctricas, como se ver ms adelante en este tutorial.Como ya se ha visto, el regulador actuar interrumpiendo el suministro de electricidad desde las bateras de acumulacin hacia la instalacin interior de la vivienda cuando el voltaje de las bateras quede por debajo del umbral de funcionamiento, con objeto de evitar su descarga total que pueda provocar daos en las bateras. Igualmente, durante los periodos de insolacin donde los paneles solares estn generando electricidad y el voltaje de las bateras llegue a un valor lmite mximo, el regulador interrumpir la conexin entre los mdulos fotovoltaicos y las bateras, o bien actuar reduciendo gradualmente la corriente media entregada por los paneles.Por lo tanto, a la hora de seleccionar el regulador ms idneo, se deber tener en cuenta que la tensin de desconexin de la carga de consumo del regulador deber elegirse para que la interrupcin del suministro de electricidad a las cargas se produzca cuando la batera haya alcanzado la profundidad mxima de descarga permitida, segn indique las especificaciones del fabricante de la batera.

Regulador de CargaGua Tcnica--Catlogos de productosATERSA (elecnor)

Todo regulador de corriente instalado deber estar convenientemente protegido frente a cortocircuitos que se produzcan en la lnea de consumo de la vivienda, adems de contra la posibilidad de poder producirse una desconexin accidental de la batera mientras los paneles estn generando energa. Las cadas internas de tensin del regulador entre sus terminales de generador y acumulador sern inferiores al 4% de la tensin nominal (0,5 V para 12 V de tensin nominal), para sistemas de menos de 1 kW, y del 2% de la tensin nominal para sistemas mayores de 1 kW, incluyendo los terminales. Asimismo, las cadas internas de tensin del regulador entre sus terminales de batera y consumo sern inferiores al 4% de la tensin nominal (0,5 V para 12 V de tensin nominal), para sistemas de menos de 1 kW, y del 2 % de la tensin nominal para sistemas mayores de 1 kW, incluyendo igualmente los terminales. En todo caso, las prdidas de energa diarias causadas por el autoconsumo del regulador en condiciones normales de operacin debern ser inferiores al 3 % del consumo diario de energa.Por ltimo, indicar que todo regulador que se emplee en la instalacin deber estar etiquetado con al menos la siguiente informacin:- Tensin nominal (V)- Corriente mxima (A)- Fabricante (nombre o logotipo) y nmero de serie- Polaridad de terminales y conexiones2.3- Bateras y sistemas acumuladores solaresLas bateras, tambin llamado acumuladores solares o fotovoltaicos, se utilizan para almacenar la energa elctrica generada por el sistema de generadores fotovoltaicos, con objeto de disponer de ella en periodos nocturnos o en aquellas horas del da que no luzca el sol.

No obstante, tambin pueden desempear otras funciones, como elementos que sirven para estabilizar el voltaje y la corriente de suministro, o para inyectar picos de corriente en determinados momentos, tales como en el arranque de motores.Las bateras se componen bsicamente de dos electrodos que se encuentran sumergidos en un medio electroltico. Los tipos de bateras ms recomendadas para uso en instalaciones fotovoltaicas son las de tipo estacionarias de plomo cido y de placa tubular, compuestas de un conjunto de vasos electroqumicos interconectados de 2V cada uno, que se dispondrn en serie y/o paralelo para completar los 12, 24 48 V de tensin de suministro y la capacidad de corriente en continua que sea adecuado en cada caso.Generalmente a la asociacin elctrica de un conjunto de bateras se le suele llamar sistema acumulador o simplemente acumulador.En la siguiente tabla se indica el nivel del voltaje del mdulo fotovoltaico en funcin de las necesidades de consumo de potencia que se demande.Tabla 1. Tensin de trabajo del sistema fotovoltaico

Potencia demandada (en W)Tensin de trabajo del sistema fotovoltaico (en V)

< de 1500 W12V

Entre 1500 W y 5000 W24V 48V

> 5000 W120V 300V

La capacidad de una batera se mide en amperios-hora (Ah), unidad de carga elctrica que indica la cantidad de carga elctrica que pasa por los terminales de una batera. Indica la cantidad de electricidad que puede almacenar durante la carga la batera, para despus devolverla durante su descarga. No obstante, el tiempo invertido en la descarga de la batera influye de manera decisiva en su capacidad de almacenaje. De esta forma, conforme ms rpido se realice la descarga de la batera su capacidad de suministro disminuye, debido a que ms energa se pierde por la resistencia interna, y a la inversa, conforme el tiempo de descarga aumenta y se realiza de forma ms lenta, entonces la capacidad de la batera aumenta.

Bateras SolaresGua Tcnica--Catlogos de productos

Por ello, al depender la capacidad de una batera del tiempo invertido en su descarga, ste valor se suele suministrar referido a un tiempo estndar de descarga (10 20 horas), y para un voltaje final determinado. A continuacin, se indicarn las definiciones y comentarios sobre los parmetros ms importantes que definen a las bateras o acumuladores solares.- Factor de rendimiento de la batera: parmetro que se define como el cociente entre el valor de los amperios-hora que realmente se puede descargar de la batera dividido por el valor de los amperios-hora empleados en su carga.- Autodescarga: es la prdida de carga de la batera cuando sta permanece en circuito abierto. Habitualmente se expresa como porcentaje de la capacidad nominal, medida durante un mes, y a una temperatura de 20 C. En general, los valores de autodescarga de las bateras empleadas no exceder del 6% de su capacidad nominal por mes.- Capacidad nominal, C20 (Ah): es la cantidad de carga elctrica que es posible extraer de una batera en 20 horas, medida a una temperatura de 20 C, hasta que la tensin entre sus terminales llegue a 1,8V/vaso.- Rgimen de carga (o descarga): es un parmetro que relaciona la capacidad nominal de la batera y el valor de la corriente a la cual se realiza la carga (o la descarga). Se expresa normalmente en horas, y se representa como un subndice en el smbolo de la capacidad y de la corriente a la cual se realiza la carga (o la descarga). Por ejemplo, si una batera de 100 Ah se descarga en 20 horas a una corriente de 5 A, se dice que el rgimen de descarga es 20 horas (C20 = 100 Ah) y la corriente se expresa como I20 = 5 A.- Profundidad de descarga (PD DOD): se define como el cociente entre la carga extrada de una batera y su capacidad nominal, expresndose normalmente en %.- Profundidad de descarga mxima (PDmx): en este caso se define como el nivel mximo de descarga que se le permite a la batera antes que se produzca la desconexin del regulador, con objeto de proteger la durabilidad de la misma. Las profundidades de descarga mximas que se suelen considerar para un ciclo diario (profundidad de descarga mxima diaria) estn en torno al 15-25%. Para el caso de un ciclo estacional, que es el nmero mximo de das que podr estar una batera descargndose sin recibir los mdulos radiacin solar suficiente, est en torno a los 4-10 das y un profundidad de descarga del 75% aproximadamente. En todo caso, para instalaciones fotovoltaicas no se recomiendan descargas agresivas, sino ms bien progresivas, por lo que las bateras a utilizar suelen ser con descarga de 100 horas (C100), pues cuanto ms intensa y rpida es la descarga de una batera, menos energa es capaz de suministrarnos. - Capacidad til: es la capacidad disponible o utilizable de la batera y se define como el producto de la capacidad nominal por la profundidad mxima de descarga permitida.- Estado de carga: se define como el cociente entre la capacidad residual de una batera, en general parcialmente descargada, y su capacidad nominal.En la mayora de las ocasiones, los sistemas de acumulacin de energa estarn formado por asociaciones de bateras, que estarn conectadas en serie o en paralelo, para satisfacer las necesidades, bien de tensin, o bien de capacidad que sean demandadas. Mediante las asociaciones en serie de bateras se consigue aumentar el voltaje final respecto a la tensin de servicio que cada batera por s sola puede ofrecer. En el conexionado en serie de varias bateras se debe conectar el borne negativo de cada batera con el positivo de la siguiente, y as sucesivamente. La tensin o voltaje que proporciona el conjunto es igual a la suma de las tensiones de cada una de las bateras individuales.Por el contrario, mediante las asociaciones en paralelo de bateras se consigue aumentar la capacidad de suministro del conjunto, es decir, su autonoma, sumando las capacidades nominales de cada batera y manteniendo el mismo voltaje de cada batera individual.

Figura 14. Asociaciones de baterasEn otro orden de cosas, la capacidad nominal de los sistemas acumuladores empleados (medido en Ah) no exceder en 25 veces la corriente (en A) de cortocircuito en CEM del generador fotovoltaico seleccionado.La vida de un acumulador o batera, definida como la correspondiente hasta que la capacidad residual caiga por debajo del 80% de su capacidad nominal, deber ser superior a 1000 ciclos, cuando se descarga el acumulador hasta una profundidad del 50% a 20 C.Aunque siempre se seguirn las recomendaciones de los fabricantes, durante la instalacin de un sistema acumulador solar se deber asegurar que:- el acumulador o bateras se siten en lugares ventilados y de acceso restringido;- se adoptarn las medidas de proteccin necesarias para evitar el cortocircuito accidental de los terminales del acumulador, por ejemplo, mediante cubiertas aislantes.Toda batera empleada en los sistemas acumuladores solares deber estar etiquetada, al menos, con la siguiente informacin:- Tensin nominal (V);- Polaridad de los terminales;- Capacidad nominal (Ah);- Fabricante (nombre o logotipo) y nmero de serie.2.4- Inversor o Convertidor DC/ACEl convertidor de corriente DC/AC, tambin llamado inversor u ondulador, es un dispositivo electrnico de potencia encargado de convertir la corriente continua (DC) proveniente de los generadores fotovoltaicos en corriente alterna (AC) para su consumo en la vivienda. Adems sincroniza la frecuencia de la corriente inyectada con la de la red, adaptndola a las condiciones requeridas segn el tipo de carga, garantizando as la calidad de la energa vertida en la instalacin elctrica de la vivienda.

Los inversores vienen caracterizados principalmente por la tensin de entrada desde las bateras, la potencia mxima que puede proporcionar y su eficiencia o rendimiento de potencia. Este ltimo se define como la relacin entre la potencia elctrica que el inversor entrega para su uso (potencia de salida) y la potencia elctrica que extrae del sistema de bateras o de los generadores fotovoltaicos (potencia de entrada).En general, los inversores en las instalaciones fotovoltaicas deben cumplir las siguientes exigencias:- Debern ofrecer una eficiencia lo ms alta posible que minimice las prdidas. El rendimiento de potencia de los inversores (cociente entre la potencia activa de salida y la potencia activa de entrada), oscila entre el 90% y el 97%. El valor del rendimiento depende mucho de la potencia de entrada, que deber ser lo ms cercana, o incluso tratar que sea igual a la nominal de funcionamiento del inversor, dado que si vara mucho entonces el rendimiento del inversor disminuye sensiblemente.- Estar adecuadamente protegidos contra cortocircuitos y sobrecargas, como ms adelante se ver.- Disponer de elementos que incorporen el rearme y desconexin automtica del inversor. - Poder admitir demandas instantneas de potencia mayores del 150% de su potencia mxima o nominal, con objeto de hacer frente a los picos de arranque que originan muchos electrodomsticos, como frigorficos, lavadoras, etc., que van a demandar mayor potencia que la nominal en el momento de su puesta en marcha o arranque de sus motores.- Ofrecer una baja distorsin armnica y bajo autoconsumo.- Disponer de aislamiento galvnico.- Disponer de sistema de medida y monitorizacin.- Incorporar controles manuales que permitan el encendido y apagado general del inversor, y su conexin y desconexin a la interfaz AC de la instalacin.Volviendo a las protecciones que deben incorporar en sus funciones los inversores de corriente, stas debern ser las siguientes:- Proteccin contra sobrecargas y cortocircuitos, que permitir detectar posibles fallos producidos en los terminales de entrada o salida del inversor.- Proteccin contra calentamiento excesivo, que permitir desconectar el inversor si la temperatura del inversor sobrepasa un determinado valor umbral, y mantenerse desconectado hasta que el equipo no alcance una temperatura inferior preestablecida.- Proteccin de funcionamiento modo isla, que desconectar el inversor en caso que los valores de tensin y frecuencia de red queden fuera de unos valores umbrales que permitan un funcionamiento correcto.- Proteccin de aislamiento, que detecta posibles fallos de aislamiento en el inversor.- Proteccin contra inversin de polaridad, que permite proteger el inversor contra posibles cambios en la polaridad desde los paneles fotovoltaicos.Por ltimo, la envolvente o carcasa que protege el dispositivo inversor ofrecer un grado de aislamiento de tipo bsico clase 1 y un grado de proteccin mnima IP20 para aquellos inversores instalados en el interior de edificios y sean lugares inaccesibles, de IP30 para inversores situados en el interior de edificios y lugares accesibles, y con grado de proteccin mnima de IP 65 para inversores instalados a la intemperie.2.5- CableadoLos sistemas fotovoltaicos, como toda instalacin que queda permanente al aire libre, deben estar diseadas para resistir las duras inclemencias meteorolgicas (temperaturas ambientales extremas, radiacin solar ultravioleta, humedad, resistencia a los impactos...) que condicionan la calidad de los materiales empleados.Hasta hace relativamente poco, y debido a la falta de normalizacin al respecto, se utilizaba para el cableado y conexionado entre los paneles, de stos con la caja del regulador de carga y de aqu al motor elctrico de la bomba, cables elctricos del tipo RV-K, muy comunes en cualquier otra instalacin elctrica, pero que para los usos en instalaciones fotovoltaicas ofrecen caractersticas limitadas. En efecto, el polietileno reticulado de la cubierta de los cables tipo RV-K es un material adecuado para aislamientos de cables elctricos convencionales, pero para aplicaciones ms exigentes, como el caso de las instalaciones fotovoltaicas, existen actualmente otros materiales tambin reticulados pero con caractersticas muy mejoradas, idneos para estas aplicaciones.De este modo, para el uso especfico en instalaciones fotovoltaicas, se recomienda emplear cables del tipo PV ZZ-F, que estn especialmente concebidos para aplicaciones fotovoltaicas.

Los cables PV ZZ-F son cables unipolares con doble aislamiento, que tienen capacidad para transportar corriente continua hasta 1.800 V de manera eficiente y con gran durabilidad en el tiempo.Los cables tipo PV ZZ-F ofrecen gran resistencia trmica, adems de una gran resistencia climtica (rayos UV, fro, humedad), que se comprueba mediante ensayos de resistencia a la intemperie. Tambin presentan un excelente comportamiento y resistencia al fuego, que se comprueba mediante ensayos especficos de incendio.Para ello, los materiales empleado para el aislamiento y la cubierta de este tipo de cables son de alta calidad, reticulados, de alta resistencia mecnica, resistentes tambin a la abrasin, flexibles y libres de halgenos. Asimismo, el conductor interior de los cables PV ZZ-F deber estar estaado, confirindose as una mayor resistencia a una posible corrosin por oxidacin. En la siguiente tabla se indica el tipo de cable que se va a emplear en los tramos en continua:Tabla 2. Cables flexibles tipo PV ZZ-F

Conductor: Cobre electroltico estaado, clase 5 (flexible) segn EN 60228

Aislamiento: Goma libre de halgenos tipo EI6.

Cubierta: Goma ignifugada tipo EM8, libre de halgenos y con baja emisin de humos y gases corrosivos en caso de incendio.

Embalaje: Disponible en rollos con film retractilado (longitudes de 50 y 100 m) y bobinas.

Norma Nacional/ Europea: UNE-EN 60332-1 / UNE-EN 50267-1 / UNE-EN 50267-2 / UNE-EN 61034 / NFC 32-070 (C2)

Norma Internacional: IEC 60332-1 / IEC 60754-1 / IEC 60754-2 / IEC 61034

Caractersticas:

Los tramos de cables en corriente continua sern tramos compuestos de dos conductores activos (positivo y negativo) ms el conductor de proteccin.Para el clculo de la seccin (S) de conductores en corriente continua, como es ste el caso de las instalaciones fotovoltaicas, se emplear la siguiente formulacin:S = 2 L I

U K

donde,S es la seccin del conductor del cable en continua, en mm2L es la longitud del tramo de conductor que se est considerando, en mI es la intensidad de corriente que circula por el conductor, en amperios (A)U es la cada de tensin mxima permitida en el tramo, en voltios (V)K es la conductividad del conductor del cable (56 Cu ; 35 Al)En la siguiente tabla se indican los porcentajes de cada de tensin mximas y recomendadas para cada tramo en una instalacin fotovoltaica para riego directo:Tabla 3. Porcentajes de cada de tensin (%)

TramoMximaRecomendada

Paneles - Regulador3%1%

Regulador - Bomba sumergible5%3%

En la tabla adjunta se indican las secciones de cables ms empleadas en instalaciones fotovoltaicas de una casa comercial, con indicacin de la intensidad mxima del cable y su cada de tensin en DC:

Tabla 4. Secciones de cable e intensidad de corriente para cables de corriente continua en instalaciones fotovoltaicasLa siguiente tabla es una comparacin entre los calibres AWG (American Wire Gauge) usados en Amrica y los mm2 del Sistema Mtrico:Tabla 5. Tabla de conversin AWG - mm2

AWG181716141210864211/02/03/0

mm20,751,01,52,54,06,01016253550557095

Por otro lado, se recomienda que el cableado que se emplee cumpla con el reglamento electrotcnico de baja tensin que le sea de aplicacin en cada pas (REBT 2002, en el caso de Espaa) en todos los tramos de la instalacin, tanto en los tramos de continua (directa) que abarca desde el generador fotovoltaico hasta su conexin con el inversor, como en los tramos de corriente alterna a partir de la salida del inversor hacia la instalacin elctrica interior de la vivienda.Como ya se indic, los tramos de corriente continua sern tramos compuestos de dos conductores activos (positivo y negativo) ms el conductor de proteccin, mientras que los tramos en corriente alterna, que ser de tipo monofsica la que alimente la instalacin interior de la vivienda, estarn compuestos de dos conductores, fase y neutro, ms otro conductor de proteccin.As, para los tramos en alterna, aguas abajo del inversor, se emplearn cables conductores de cobre con doble capa de aislante en PVC y tensin nominal de aislamiento 0,6/1 kV. Asimismo, estos conductores irn alojados en el interior de conductos o tubos corrugados de PVC sobre montaje superficial en paredes y techos.Se adjunta la siguiente tabla donde se indican las intensidades mximas admisibles para los cables segn su seccin y la naturaleza de su aislamiento.

Tabla 6. Intensidades admisibles (A) al aire 40 C. N de conductores con carga y naturaleza del aislamientoPor otro lado, los cables conductores irn alojados por el interior de tubos o conductos rgidos de PVC para su proteccin. Dichos tubos irn instalados en montaje superficial sobre las paredes y techo de la vivienda.Los tubos debern tener un dimetro tal que permitan un fcil alojamiento y extraccin de los cables alojados. Para la correcta eleccin del dimetro del tubo protector se utilizar la siguiente tabla. En ella se indican los dimetros exteriores mnimos de los tubos en funcin del nmero y la seccin de los conductores que se alojan en su interior.

Tabla 7. Dimetros exteriores mnimos de los tubos protectores.La correcta eleccin de la seccin del cable conductor es de suma importancia, dado que un mal clculo podra suponer que la intensidad que circule por el cable sea superior a la admisible segn su seccin, lo que se traducira en un calentamiento excesivo del cable que podra daar su aislamiento y por tanto afectar en la durabilidad del cable, y en caso extremo, en incurrir en un peligro real de incendio.La determinacin reglamentaria de la seccin de un cable consiste en calcular la seccin mnima normalizada que satisface simultneamente las dos condiciones siguientes: - Criterio trmico: esta condicin establece que la intensidad que circule por el cable sea inferior a la mxima intensidad admisible, segn su seccin. La intensidad admisible de cada cable conductor se pueden consultar en tablas (ver tabla anterior), en funcin de la seccin, tipo de aislamiento y temperatura del cable.- Por cada de tensin mxima permitida en los conductores: mediante este criterio se limita las prdidas por cada de tensin en el cable. En este sentido, segn se indica en el Pliego de Condiciones Tcnicas del IDEA, para los conductores de la instalacin donde circule corriente continua (directa) la mxima cada de tensin permitida ser del 1,5%.Las expresiones y frmulas que proporcionan la manera de calcular las secciones mnimas que han de tener los cables en cada tramo de la instalacin se indican en el apartado 4.5 de este tutorial.2.6- ProteccionesSe tratar en este tutorial slo de las protecciones necesarias para instalar en la parte continua, situadas antes del inversor, con objeto de poder detectar y eliminar cualquier incidente en la instalacin, garantizando as la proteccin de los equipos conectados y de las personas.Adems de las protecciones integradas en el inversor, habr que incluir los dispositivos de proteccin necesarios que realicen las siguientes labores de protecciones elctricas: Proteccin contra sobrecargas Proteccin contra cortocircuitos Proteccin contra sobretensiones- Proteccin contra sobrecargas:Una sobrecarga ocurre cuando existe un valor excesivo de intensidad ocasionado por un defecto de aislamiento, una avera o una demanda excesiva de carga.Una sobrecarga en los cables genera un calentamiento excesivo de los mismos, lo que provoca su dao prematuro, reduciendo su vida til. Adems, una sobrecarga que se prolongue en el tiempo y no sea solucionada, puede terminar ocasionando un cortocircuito en la instalacin. Los dispositivos de proteccin contra sobrecargas podrn ser, bien un interruptor automtico de corte omnipolar con curva trmica de corte, o un fusible. En el clculo de la instalacin, objeto de este tutorial, se ha escogido un fusible como elemento de proteccin.Pero en general, los dispositivos que se empleen para la proteccin de la instalacin contra sobrecargas, debern cumplir las siguientes dos condiciones:Ib In Iadmsiendo,Ib, la intensidad de diseo del circuito, segn la previsin de cargas.In, la intensidad nominal del interruptor, es decir, el calibre asignado.Iadm, es la mxima intensidad admisible del cable conductor.Y la otra condicin:Icd 1,45 Iadmsiendo,Icd, la intensidad de ajuste (desconexin) del interruptor y que asegura el funcionamiento efectivo del dispositivo de proteccin. En fusibles es la intensidad de fusin (If) en 5 segundos.Como en este caso se va a emplear fusibles como elementos de proteccin contra sobrecargas de corriente, adems se cumple que Icd = If y en este caso, para los fusibles elegidos, tambin que If = 1,60InPor lo que la anterior relacin, para el caso de fusibles como elemento de proteccin, quedara como sigue:Ib In 0,9IadmUn fusible consiste fundamentalmente en un alambre o tira metlica inserta en el circuito de corriente que al rebasarse cierta intensidad se funde, provocando la desconexin y protegiendo as al circuito. Por lo tanto, todo fusible habr que reponerlo despus de cada cortocircuito que se produzca.

La intensidad nominal de un fusible es el valor de la intensidad de corriente continua que puede soportar indefinidamente. Como criterio general un fusible es capaz de despejar una falta de intensidad 5 veces la nominal en un tiempo de 0,1s.A la hora de seleccionar el fusible se deber tener en cuenta los siguientes factores: Tensin nominal Vn del fusible, que deber ser mayor o igual que la tensin de operacin de la lnea donde se instale. La intensidad nominal In del fusible deber ser mayor o igual que la mxima corriente esperada en la lnea donde se instale. La intensidad de actuacin o ruptura del fusible actuar en un tiempo inferior a 0,1 s. Que la intensidad de cortocircuito mxima que pueda soportar el fusible sea mayor que la mxima intensidad de cortocircuito esperada en el punto de la lnea donde se instale el fusible.- Proteccin contra cortocircuitos:El origen para que se produzca un cortocircuito suele estar en una conexin incorrecta o en un defecto de aislamiento.Todo equipo de proteccin empleado para limitar la incidencia de un cortocircuito deber cumplir con las siguientes dos condiciones:I2 t Icusiendo,I, la intensidad de disparo.t, es el tiempo de despeje (al producto I2 t se le suele llamar energa de paso).Icu es la mxima intensidad de cortocircuito soportada por el cable, siendo Icu = k2 S2, donde k es un valor de correccin del material del cable (115 para conductor de cobre aislado con PVC; 143 para conductor de cobre aislado con XLPE EPR y 94 para conductores de aluminio), y S es la seccin del conductor en mm2.PdC Isc,mxsiendo,PdC, el poder de corte del dispositivo de proteccin.Isc,mx es la mxima intensidad de cortocircuito prevista en el punto de instalacin.En todo caso, para que la proteccin contra cortocircuitos sea eficaz, se debe cumplir que el tiempo de corte de toda corriente de cortocircuito que se produzca en un punto cualquiera de la instalacin, no debe ser superior al tiempo que los conductores tardan en alcanzar su temperatura lmite admisible.- Proteccin contra sobretensiones:Generalmente, una sobretensin en una instalacin fotovoltaica para autoconsumo tiene su origen en descargas atmosfricas (rayos) que se realizan sobre las partes altas de la estructura metlica que soporta los paneles.La proteccin contra estos fenmenos se realiza con unos aparatos llamados autovlvulas o pararrayos. Realmente son unos descargadores de corriente que ofrecen una resistencia de tipo inversa, fabricada con xido de zinc (ZnO) carburo de silicio (SiC), cuyo valor disminuye al aumentar la tensin que se aplica sobre ella.Estos aparatos debern colocarse lo ms cerca posible del equipo a proteger, para que pueda derivar a tierra el exceso de tensin originado por la descarga de un rayo, de manera que absorba las sobretensiones que se puedan producir en la instalacin y evitando as la perforacin de los aislamientos.3- Datos de partida3.1- EmplazamientoLa vivienda donde se pretende realizar la instalacin solar fotovoltaica para el autoconsumo elctrico, se emplaza en un terreno rural aislado, situado en el trmino municipal de Arahal (provincia de Sevilla, Espaa), segn lo definen las siguientes coordenadas: Coordenadas Geogrficas (DMS): 37 14' 1'' Norte 5 32' 33'' Oeste; Coordenadas UTM: Huso 30 (274461 , 4123814) Norte; Coordenadas Decimales: 37.2336 Latitud -5.5425 Longitud;Como utilidad se adjunta el siguiente enlace donde se puede conocer las coordenadas geogrficas de cualquier lugar en el mundo.

Consulta de coordenadas geogrficas 3.2- Disposicin de los mdulosLa disposicin de los mdulos fotovoltaicos, definido por su orientacin e inclinacin, repercute de manera decisiva en su rendimiento. Lo ideal es emplear mdulos con seguidor que permiten en todo momento orientar los paneles fotovoltaicos hacia el sol lo que garantiza el mximo uso de la radiacin solar. Se estima en un 40% el incremento de la potencia entregada por aquellos mdulos que emplean un sistema de seguimiento respecto a los paneles instalados fijos. No obstante, en este tutorial se har uso de mdulos solares fijos, mucho ms econmicos y simples de instalar, para lo cual habr que definir su orientacin e inclinacin para que resulten lo ms eficiente posible. La vivienda dispone como techo una azotea o cubierta plana transitable, lo que permite dotar a los mdulos de la orientacin e inclinacin que ms convenga, con slo emplear estructuras auxiliares con el diseo adecuado donde apoyar los paneles fotovoltaicos.La orientacin de los paneles solares ser tal que stos se dispongan siempre "mirando" hacia el ecuador terrestre. Esto supone orientacin sur para aquellas instalaciones situadas en el hemisferio norte terrestre, y orientadas hacia el norte para las instalaciones situadas en el hemisferio sur. No obstante, son admisibles unas desviaciones de hasta 20 respecto del ecuador del observador sin que se produzcan grandes prdidas de rendimiento. En concreto, para las instalaciones que se siten en el hemisferio norte, como es el caso de estudio de este tutorial, la orientacin se define por el ngulo llamado azimut (), que es el ngulo que forma la proyeccin sobre el plano horizontal de la normal a la superficie del mdulo y el meridiano (orientacin sur) del lugar. Toma el valor 0 para mdulos orientados al sur, -90 para mdulos orientados al este, +90 para mdulos orientados al oeste.

Figura 16. Definicin de la orientacin e inclinacin del mdulo fotovoltaicoPor otro lado, el ngulo de inclinacin () es aquel que forma la superficie del mdulo con el plano horizontal, tal como se ve en la figura anterior. Su valor es 0 para mdulos horizontales y 90 si son verticales.El valor de la inclinacin de los paneles solares con respecto a la horizontal, cuando se pretende que la instalacin se use todo el ao con un rendimiento aceptable, coincide aproximadamente con la latitud del lugar donde se instale. Si la instalacin se usa principalmente en invierno, entonces la inclinacin ptima de los mdulos sera la obtenida de sumarle a la latitud 10. Y por el contrario, si la instalacin va a usarse bsicamente en verano, la inclinacin que habra que proporcionarle a los mdulos sera el resultado de restar a la latitud del lugar 20. Por ltimo, si se pretende un diseo ptimo que funcione para todo el ao, la inclinacin que habr que proporcionarle al panel solar ser igual a la latitud del lugar, como se ha dicho.En esta ocasin, se pretende que la instalacin proporcione energa suficiente en los meses de menor radiacin, que en el lugar elegido (Arahal, Espaa) es durante el invierno. Por lo tanto, segn lo indicado anteriormente, la inclinacin final podr situarse entre la latitud del lugar (37) y la latitud ms 10 (47). Finalmente, y por facilidad constructiva de la estructura que portar los mdulos, se elegir una inclinacin de 45.En resumen, la disposicin final de los mdulos ser la que se indica en la siguiente tabla:Tabla 8. Orientacin en inclinacin de los mdulos solares

Orientacin Sur (Azimut, )Inclinacin ()

045

En otros casos, la disposicin de los paneles solares (orientacin e inclinacin) puede estar ms restringida o incluso prefijada (por ejemplo, cuando los paneles se colocan adoptando la pendiente de las cubiertas de aquellas viviendas con tejados inclinados, adoptando la orientacin e inclinacin que tengan stos). En estos casos, habr que calcular las prdidas en que se incurren porque la orientacin e inclinacin del panel sea distinta de la ptima. Para ello se recomienda consultar el Pliego de Condiciones Tcnicas del IDAE (Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa), en cuyo documento, en su Anexo II, se incluye cmo calcular dichas prdidas. 3.3- Estimacin del consumoSi se dispone de informacin acerca del nmero y rgimen de funcionamiento de los aparatos elctricos que va a disponer habitualmente la vivienda, se podra obtener una estimacin del consumo energtico muy aproximado, mediante el producto de las potencias nominales de cada aparato por las horas de funcionamiento previstas de cada uno de ellos, y posteriormente realizando su suma. Es importante incrementar el resultado en al menos un 30% adicional como coeficiente de seguridad, con objeto de tener en cuenta tambin los picos de potencia que se producen en los arranques de algunos aparatos elctricos.Si no se dispone de informacin ms precisa, se pueden emplear tablas que presentan ratios normales de consumos para viviendas, en funcin de los usuarios habituales, como la que se muestra a continuacin.Tabla 9. Datos de consumo medio de electricidad por ao en vivienda

N. de personas por viviendaConsumo medio anual de electricidad KWh

11800

22700

33500

44150

54900

Consumo anual estndar3500 KWh

A efectos de este tutorial, se disear la instalacin para un consumo estimado anual de 3500 kWh.El anterior valor no tiene en cuenta las prdidas localizadas en los componentes y equipos situados entre los generadores solares y la instalacin elctrica interior de la vivienda, esto es, el dispositivo regulador, las bateras y el inversor o convertidor de corriente.A continuacin se indicarn los rendimientos considerados para cada uno de los dispositivos anteriores. Estos valores aqu considerados debern ser comprobados una vez se hayan seleccionados los modelos reales de dispositivos a instalar. Rendimiento regulador, REG = 0,95; Rendimiento bateras, BAT = 0,94; Rendimiento inversor, INV = 0,96;Teniendo en cuenta los anteriores rendimientos, el consumo anual estimado (Cea) valdr:Cea = 3500 / (0,95 0,94 0,96) = 4082,68 kWh.Considerando 365 das al ao, el consumo estimado diario (Ced) sera de:Ced = 11,185 kWh.Otra forma de proporcionar el consumo es expresarlo en Amperios-horas y por da (QAh). En este caso la expresin que proporciona el consumo sera la siguiente:Ced

QAh =

VBAT

Siendo, VBAT, la tensin de trabajo de la batera de acumulacin, en este caso, y segn la tabla 1 del apartado 2.3, de valor 24 Voltios.Sustituyendo, se tiene el siguiente consumo:11185 Wh

QAh = = 466 Ah/da

24V

3.4- Radiacin solar disponibleEl conocimiento de la radiacin solar que se produce en el lugar donde se va a realizar la instalacin es determinante, tanto para conocer la energa disponible, como para analizar el comportamiento de los componentes del sistema.Habitualmente se utilizan los trminos de irradiacin e irradiancia para definir la radiacin solar disponible. La irradiacin (Wh/m2) se define como la energa incidente por unidad de superficie durante un determinado periodo de tiempo, mientras que la irradiancia (W/m2) se refiere a la potencia instantnea recibida por unidad de superficie, o dicho de otro modo, la energa incidente por unidad de superficie y unidad de tiempo.Para el diseo de instalaciones fotovoltaicas, y con el fin de poder evaluar la energa que puede producir la instalacin en cada mes de ao, se define el concepto de nmero de horas de sol pico (HSP) del lugar en cuestin, y que representa las horas de sol disponibles a una hipottica irradiancia solar constante de 1000 W/m2.En este sentido existe una multitud de bases de datos de donde se puede obtener informacin sobre la radiacin solar disponible en cualquier lugar del planeta. Se adjuntan algunos enlaces que proporcionan valores de la radiacin solar:

>> PVGIS, Photovoltaic Geographical Information System - Europa

>> OpensolarDB - Datos Mundiales de Radiacin

Para el caso concreto de este tutorial, se va a emplear la base datos del PVGIS, Photovoltaic Geographical Information System, para obtener los valores de irradiacin diaria para la localizacin del lugar elegido (Arahal-Espaa: 37 14' 1'' Norte, 5 32' 33'' Oeste), inclinacin de la superficie de los paneles (=45) y orientacin sur (Azimut, =0), para el mes de diciembre, que es el ms desfavorable para el lugar en cuestin, obtenindose el siguiente resultado:Tabla 10. Promedio diario de irradiacin global recibido por metro cuadrado de mdulo

MesHSP (kWh/m2)

Diciembre4,56

Para obtener el informe completo, obtenido de la base de datos del PVGIS, se puede acceder en el siguiente enlace:

>> PVGIS estimates of solar electricity generation

4- Clculo de la instalacin4.1- Nmero y conexionado de los mdulos solaresPara el clculo del nmero de paneles solares necesarios para satisfacer la demanda elctrica prevista en la vivienda, se emplear la expresin siguiente en funcin del emplazamiento y tipo de panel solar que se vaya a instalar:Ced

Nmd =

PMP HSPcrt PR

siendo,Ced, el consumo diario estimado, visto en el apartado 3.3, de valor 11,185 kWh.PMP, es la potencia pico del mdulo ISF-255 seleccionado en condiciones estndar de medida (CEM), visto en el apartado 2.1, de valor 255 W;HSPcrt, es el valor de las horas de sol pico del mes crtico (en este caso diciembre), visto en el apartado 3.4 anterior, de valor 4,56 HSP;PR, es el "Performance Ratio" de la instalacin o rendimiento energtico de la instalacin, definido como la eficiencia de la instalacin en condiciones reales de trabajo, donde se tienen en cuenta las siguientes prdidas originadas: Prdidas por dispersin de potencia de los mdulos Prdidas por incremento de temperatura de las clulas fotovoltaicas Prdidas debida a la acumulacin de suciedad en los mdulos Prdidas por sombras Prdidas por degradacin de los mdulos Prdidas elctricas Prdidas por reflectanciaA continuacin, se valorarn las distintas prdidas anteriores con objeto de poder estimar el "Performance Ratio" (PR) de la instalacin.- Prdidas por dispersin de potencia de los mdulos:La potencia que pueden desarrollar los mdulos no es exactamente la misma, y por lo tanto tampoco lo son ni su intensidad ni su tensin de mxima potencia. De este modo, cuando se constituye un sistema generador formado por varios paneles o mdulos conectados en serie, este hecho induce a que se produzca una prdida de potencia debido a que el valor de la intensidad de corriente de paso ser igual a la de menor valor de los paneles colocados en serie. Para minimizar este efecto, los mdulos se clasifican por su intensidad, que suele venir indicado con una letra grabada mediante un adhesivo adherido al marco de un panel, de manera que se puede escoger los paneles similares a la hora de armar las series durante la instalacin. En esta ocasin, y segn se puede consultar en el catlogo de propiedades tcnicas suministrado por el fabricante de los mdulos fotovoltaicos seleccionados (ver apartado 2.1 de este tutorial), la tolerancia de potencia (%Pmx) del mdulo seleccionado es de 0/+3%, por lo que las posibles prdidas por dispersin de potencia se pueden estimar en un 3%.- Prdidas por incremento de temperatura de las clulas fotovoltaicas:El rendimiento de los mdulos fotovoltaicos disminuye con el incremento de la temperatura a la que se encuentra la superficie del panel. Al ser un elemento expuesto a la radiacin solar de manera continuada es necesario que exista una buena ventilacin tanto por la superficie expuesta al sol como por la parte posterior de los mdulos. No obstante, incluso con buena ventilacin, se produce un incremento de temperatura de la superficie de los mdulos con respecto a la temperatura ambiente exterior.Para el clculo del factor que considera las prdidas por incremento de la temperatura del panel (PT), se suele emplear la siguiente expresin:PT = KT (Tc - 25C) siendo,KT, el coeficiente de temperatura, medido en C-1. Generalmente este valor viene dado por el fabricante de la placa solar, aunque si este dato no lo proporcionara el fabricante se puede tomar por defecto el valor de 0,0035 C-1. En este caso, s se puede extraer del catlogo del fabricante que contiene la informacin tcnica de la placa (consultar enlace del apartado 2.1), siendo KT = 0,0044 C-1.Tc, es la temperatura media mensual a la que trabajan las placas fotovoltaicas. Para calcular esta temperatura, Tc, se suele emplear la siguiente expresin:(Tonc - 20 C) E

Tc = Tamb +

800

siendo,Tamb, la temperatura ambiente media mensual del lugar donde se instalarn los mdulos fotovoltaicos. Este es un dato que puede ser extrado de la informacin que albergan las agencias de meteorologa oficiales en cada pas. En este caso, para la localidad de Arahal (Sevilla-Espaa), lugar elegido para realizar la instalacin, la temperatura media para el mes de diciembre es de 11,1C.Tonc, es la temperatura de operacin nominal de la clula, definida como la temperatura que alcanzan las clulas solares cuando se somete al mdulo a una irradiancia de 800 W/m2 con distribucin espectral AM 1,5 G, la temperatura ambiente es de 20 C y la velocidad del viento de 1 m/s. Este dato tambin es suministrado por el fabricante del mdulo solar, siendo el valor en este caso Tonc = 45C.E, es la radiacin media en un da soleado del mes en cuestin, que en este caso es de valor 590 W/m2 para el mes de diciembre en la localidad de Arahal (Sevilla).Sustituyendo los valores en la expresin anterior, resulta que la temperatura media mensual (Tc) a la que trabajan las placas fotovoltaicas, resulta ser de:Tc = 11,1 + 18,4 = 29,5 CPor lo que el factor que considera las prdidas por incremento de la temperatura del panel (PT) resulta ser:PT = KT (Tc - 25 C)= 0,0044 (29,5 - 25)= 0,019 Resultando unas prdidas por incremento de temperatura de los mdulos fotovoltaicos del 1,9%.- Prdidas debida a la acumulacin de suciedad en los mdulos:En unas condiciones normales de emplazamiento y realizando tareas de mantenimiento y limpieza correspondientes de forma regular, los paneles fotovoltaicos no deben superar unas perdidas por este concepto del 3%.- Prdidas por sombras:Las prdidas por el sombreado parcial de los generadores fotovoltaicos que penalizan su produccin elctrica se pueden estimar en torno al 4%.- Prdidas por degradacin de los mdulos:Estas prdidas se deben a un proceso natural de degradacin de todas las clulas de silicio debido a su exposicin a la radiacin solar, que de forma usual se admite que sean del orden del 1%.- Prdidas elctricas:La instalacin elctrica y el conexionado entre mdulos, y de stos con los dems componentes de la instalacin fotovoltaica, se deber realizar segn las recomendaciones recogidas en el Pliego de Condiciones Tcnicas del IDEA, donde se indica que la cada de tensin no podr superar el 3% (1,5% para la parte de corriente continua o directa y del 2% para los conductores de la parte de corriente alterna). Por tanto, teniendo en cuenta estas consideraciones, se estiman que las prdidas elctricas sern del 3%.- Prdidas por reflectancia:Este tipo de prdidas, que hacen referencia a los efectos angulares de la reflexin en los mdulos, fueron estimadas por la Universidad de Ginebra y deben considerarse en un 2,9%.Finalmente, contabilizando todas las prdidas anteriores, se obtiene el "Performance Ratio" (PR) o rendimiento energtico de la instalacin, definido como la eficiencia alcanzada en la instalacin, y de valor en este caso de:PR = 100% - 3% - 1,9% - 3% - 4% - 1% - 3% - 2,9% = 81,2%Por lo que la expresin anterior del principio de este apartado, que serva para el clculo del nmero de paneles solares necesarios, resultar valer lo siguiente:Ced

Nmd =

PMP HSPcrt PR

para,Ced (consumo diario estimado)= 11185 WhPMP (potencia pico del mdulo seleccionado)= 255 WHSPcrt (horas de sol pico)= 4,56 HSPPR (performance ratio)= 0,812.Por lo que para calcular el nmero de mdulos totales (Nmd) se sustituye en la expresin anterior:11185

Nmd =

255 4,56 0,812

resultando, Nmd = 11,85 12Se instalarn finalmente 12 mdulos fotovoltaicos, del tipo MDULO MONOCRISTALINO ISF-255, marca ISOFOTN.Para establecer la conexin entre mdulos, si en serie o en paralelo, teniendo en cuenta que el mdulo seleccionado, tipo Monocristalino ISF-255, del fabricante Isofotn, tiene una tensin en el punto de mxima potencia (VMP) de 30,9V, resulta que el nmero de paneles necesarios que habr que colocar en serie para alcanzar la tensin de trabajo del sistema, que es de 24 V, segn se indic en la tabla 1 del apartado 2.3, vendr dada por la siguiente expresin:Nserie = 24V / VMP = 24V / 30,9V = 0,78 1Mientras que el nmero de paneles a colocar en paralelo ser calculado mediante la expresin siguiente:Nparalelo = Nmd,Total / Nserie = 12/1 = 12Por lo tanto, finalmente el sistema generador fotovoltaico constar de 12 ramales conectados en paralelo, con un panel ISF-255 por ramal.Llegados a este punto, conviene hacer un inciso acerca de una funcin adicional de los reguladores de carga. Estos dispositivos tratan de optimizar el rendimiento de toda instalacin fotovoltaica, buscando el punto de operacin de la instalacin que coincida con el de mxima potencia reflejado en la curva de caractersticas del generador fotovoltaico. Ahora bien, en el caso que no se instale un regulador que incorpore el modo de seguimiento del punto de mxima potencia en el funcionamiento de los generadores fotovoltaicos, se deber utilizar otro criterio, el de Amperios-hora (Ah), para calcular el conexionado de los paneles solares.- Caso b): Clculo del nmero de paneles cuando el regulador instalado no incluya el seguimiento y bsqueda del punto de mxima potencia (regulador sin MPP). Criterio por Amperios-hora:En este caso, ser la batera instalada la que marque la tensin de trabajo del sistema (12, 24, 48 Voltios), y rara vez se alcanzar el punto de funcionamiento donde los mdulos solares entreguen la mxima potencia.Segn se vio en el apartado 3.3, el consumo de energa expresado en Amperios-horas y por da (QAh), viene expresado de la siguiente manera:Ced

QAh =

VBAT

siendo,Ced el consumo diario estimado;VBAT la tensin de trabajo de la batera de acumulacin.Segn se vio en el apartado 3.3 estos parmetros toman los siguientes valores:Ced = 11,185 kWhVBAT = 24 VPor lo que sustituyendo en la expresin anterior:11185 Wh

QAh =

24 V

Resultando el consumo medio diario de:QAh = 466 Ah/daDe esta forma, el valor de la corriente elctrica (IMPT) que debe generar el total de los mdulos fotovoltaicos en las condiciones de radiacin solar del mes crtico (en este caso, diciembre) vendr dado por la expresin siguiente:QAh

IMPT =

HSPcrt

Que sustituyendo los correspondientes valores en la expresin anterior:466

IMPT =

4,56

Resultando finalmente, el valor de la corriente elctrica (IMPT) de:Qu Opinas de esta Web?Enva tus comentarios y sugerencias.

.IMPT = 102,19 ASiendo como se ha dicho, (IMPT) el valor de la corriente elctrica que debe generar el total de los paneles instalados.Por este mtodo, el nmero de paneles para colocar en paralelo (Nparalelo) se calcula dividiendo la corriente total (IMPT) que debe generar el sistema por la corriente unitaria de cada panel (IMP), obtenindose lo siguiente:Nparalelo = IMPT / IMP = 102,19/8,27 = 12,36Siendo (IMP) el valor de la corriente en el punto de mxima potencia o potencia pico del mdulo seleccionado ISF-255, de valor IMP = 8,27 A (ver apartado 2.1).Por este otro mtodo da como resultado la instalacin de 13 ramales en paralelo, con un mdulo por ramal, para el caso que se utilice un regulador de carga que NO incluya una funcin de bsqueda y deteccin del punto de mxima potencia.No obstante, para este caso de estudio se emplear un dispositivo regulador que S incluya funcin de seguimiento y deteccin del MPP (punto de mxima potencia), por lo que el sistema generador fotovoltaico constar finalmente de 12 ramales conectados en paralelo, con un panel por ramal, como se calcul anteriormente.4.2- Clculo de las baterasPara el clculo de las bateras o acumuladores solares, los dos parmetros importantes necesarios para su dimensionado son la mxima profundidad de descarga (estacional y diaria) y el nmero de das de autonoma. En este caso, se tomarn como valores los siguientes, segn el modelo de batera seleccionado: Profundidad de Descarga Mxima Estacional, PDMX,e = 75% (0,75) Profundidad de Descarga Mxima Diaria, PDMX,d = 25% (0,25) Nmero de das de autonoma, n = 4 dasPara el clculo de la capacidad nominal (CNBAT) necesaria que deben ofrecer las bateras, sta ser la que resulte del mayor valor calculado al emplear las descargas previstas, diaria y estacional. Por un lado, considerando la descarga mxima diaria (PDMX,d), el clculo de la capacidad nominal de la batera (CNBAT), se realizar empleando la siguiente expresin:QAh

CNBAT =

PDMX,d

Que sustituyendo valores resulta:466

CNBAT =

0,25

Resultando una capacidad nominal de la batera (CNBAT) de:CNBAT = 1864 AhMediante la expresin anterior se ha obtenido la capacidad que deben ofrecer como mnimo las bateras de 1864 Ah, para generar la energa por da (QAh = 466 Ah/da) y permitiendo un 25% de descarga mxima diaria (PDMX,d = 0,25).Por otro lado, para calcular el valor de la capacidad nominal de las bateras (CNBAT) en funcin de la descarga mxima estacional (PDMX,e), se utilizar la expresin siguiente:QAh n

CNBAT =

PDMX,e

Que sustituyendo valores resulta:466 4

CNBAT =

0,75

Resultando una capacidad nominal de la batera (CNBAT) de:CNBAT = 2485 AhEn este caso, mediante la expresin anterior ha resultado una capacidad nominal necesaria para las bateras de 2485 Ah para generar la energa diaria (QAh = 466 Ah/da) y disponiendo de una autonoma mnima de 4 das sin sol, y permitiendo en todo caso una descarga mxima del 75%.Como conclusin, para la seleccin de las bateras se tomar como valor mnimo de la capacidad el mayor valor obtenido de los anteriores, resultando en este caso CNBAT = 2485 AhLa batera seleccionada, por tanto, estar compuesta de 12 vasos en serie (necesarios para obtener los 24V finales de tensin de servicio), de la gama de celdas de 2V EcoSafe TS, de la marca EnerSys. En concreto, se seleccionar la batera Enersys Ecosafe, modelo TZS13 (13OPzS), de 2V el vaso y una capacidad de 2640Ah C120, segn muestra en el siguiente enlace de un distribuidor comercial de bateras que incluye las caractersticas tcnicas de la batera seleccionada:

>> Batera Ecosafe Enersys TZS13 2640Ah 2V OPzS

4.3- Clculo del reguladorPara la seleccin del regulador de carga es necesario calcular cul ser la mxima corriente que deber soportar, tanto en la entrada como en su salida.Para el clculo de la mxima corriente de entrada al regulador (IRe), que proviene de los mdulos fotovoltaicos, se emplear la siguiente expresin:

IRe = 1,25 ISC Nparalelo donde,ISC es la intensidad de cortocircuito del mdulo fotovoltaico seleccionado ISF-255, de valor ISC = 8,86 A (CEM).Nparalelo es el nmero de ramales de paneles solares dispuestos en paralelo del generador fotovoltaico que se vaya a instalar, siendo en este caso, 12.1,25 es un factor de seguridad para evitar daos ocasionales al regulador.Sustituyendo en la expresin del clculo de la intensidad de entrada al regulador (IRe) los valores anteriores, resulta el siguiente resultado:IRe = 1,25 ISC Nparalelo = 1,25 8,86 12 = 132,9 APor otro lado, para el clculo de la mxima corriente esperada a la salida del regulador (IRs), es decir, del lado del consumo de la instalacin interior de la vivienda, se emplear la siguiente expresin:1,25 ( PDC + PAC / inv )

IRs =

VBAT

siendo,PDC la potencia de las cargas en continua (o corriente directa) que haya que alimentar.PAC es la potencia de las cargas en alterna.inv es el rendimiento del inversor, en torno al 96%.VBAT la tensin de trabajo de la batera de acumulacin (24V).En esta ocasin, el consumo elctrico de la vivienda se realiza slo en corriente alterna, siendo la potencia mxima prevista de consumo (PAC) de 2200 W, por lo que la corriente de salida del regulador a calcular:1,25 ( 2200 / 0,96 )

IRs =

24

Resultando,IRs = 119,4 APor lo tanto, el regulador que se seleccione deber soportar una corriente, como mnimo de 133 Amperios en su entrada y de 120 Amperios en su salida.El regulador de carga seleccionado es de la marca ATERSA, modelo MPPT-80C, que incluye tecnologa de seguimiento del punto de mxima potencia (MPPT), segn se puede comprobar en el siguiente enlace al catlogo de especificaciones tcnicas del equipo:

>> Regulador de carga, modelo MPPT-80C, marca ATERSA

Como se puede comprobar de las especificaciones tcnicas del regulador seleccionado incluida en el anterior enlace, ste slo permite una intensidad mxima de entrada (IMX,e) de 70 A, mientras que la corriente mxima de entrada (IRe) proveniente de los mdulos generadores fotovoltaicos es de 132,9 A, segn se ha calculado, por lo que ser necesario el empleo de ms de un regulador. El nmero de reguladores necesarios para instalar vendr dado por la siguiente expresin:Nreguladores = IRe / IMX,e = 132,9 / 70 = 1,9 2Por lo que sern necesarios la instalacin de 2 reguladores del modelo anterior. En el caso concreto de este tutorial, el generador fotovoltaico diseado dispone de 12 ramales en paralelo, con 1 mdulo cada ramal, por lo que la instalacin podr ser dividida en 2 grupos de 6 ramales cada uno, alimentando cada grupo a un regulador distinto, y conectando despus todas las salidas al mismo acumulador solar o bateras, segn el siguiente esquema de configuracin prevista:

Figura 19. Configuracin mdulos fotovoltaicos-reguladorPor ltimo habra que comprobar que los parmetros de diseo del modelo de regulador seleccionado se ajustan a las condiciones de operacin previstas: Rango de tensin de entrada de diseo del regulador seleccionado MPPT-80C: 16 112 VccSegn la configuracin prevista, cada regulador va a ser alimentado por 6 ramales en paralelo con un mdulo fotovoltaico por ramal, por lo que la tensin de operacin ser igual a la del mdulo, que segn se puede comprobar en sus especificaciones tcnicas del apartado 2.1 es de valor VMP = 30,9 V (CEM), que queda dentro del rango de diseo del regulador. Tensin mxima en circuito abierto admitida por el regulador MPPT-80C: 140 Vcc mximaDe la misma manera, la tensin a circuito abierto del mdulo, segn se puede comprobar en sus especificaciones tcnicas del apartado 2.1, es de valor VOC = 37,9 V (CEM), que es inferior al mximo de diseo del regulador. Potencia mxima admisible por el regulador MPPT-80C: 5200 WDe nuevo, segn la configuracin prevista, como cada regulador va a ser alimentado por 6 ramales en paralelo con un mdulo por ramal, la potencia mxima producida por cada grupo ser de: 6 255 W = 1530 W, siendo 255W la potencia nominal o mxima del mdulo fotovoltaico seleccionado, segn se puede comprobar en sus especificaciones tcnicas del apartado 2.1.Por lo tanto, finalmente el regulador-seguidor MPPT-80C seleccionado de la marca ATERSA, resulta vlido para la instalacin y la configuracin prevista, segn se muestra en la figura 19 anterior.4.4- Clculo del inversorA la hora de dimensionar el inversor adecuado, adems de conocer la tensin de servicio de la batera, como tensin de entrada en continua y de la potencia demandada por las cargas, se hace necesario calcular tambin la tensin y corriente generada en el punto de mxima potencia de funcionamiento de los paneles solares.Para el clculo de la tensin de mxima potencia que ofrece el generador fotovoltaico (VMPtotal), sta se obtiene multiplicando el valor de la tensin de mxima potencia (VMP) de cada panel por el nmero de paneles conexionados en serie (Nserie) en cada ramal del generador:VMPtotal = VMP Nserie Siendo en este caso, VMP = 30,9 V (ver caractersticas del mdulo seleccionado en el apartado 2.1) y Nserie = 1 panel por ramal, para la configuracin obtenida (ver apartado 4.1), por lo que resulta:VMPtotal = 30,9 1 = 30,9 VPor otro lado, para el clculo de la corriente que suministra el generador fotovoltaico cuando proporciona la mxima potencia (IMPtotal), sta vendr dada al multiplicar la intensidad de corriente mxima (IMP) en el punto de mxima potencia o potencia pico del mdulo instalado por el nmero de paneles colocados en paralelo (Nparalelo) o ramales, es decir,IMPtotal = IMP Nparalelo Siendo en este caso, IMP = 8,27 A (ver caractersticas del mdulo seleccionado en el apartado 2.1) y Nparalelo = 12 paneles o ramales, para la configuracin obtenida (ver apartado 4.1), por lo que la anterior expresin resulta:IMPtotal = 8,27 12 = 99,24 AEn cuanto a la potencia nominal que debe tener el inversor, se debe tener en cuenta que ste debe satisfacer la potencia mxima prevista de consumo instantneo (PAC) de 2200 W, que constituyen el consumo de la vivienda, incrementado en al menos un 35% para tener en cuenta los "picos de arranque" que generan algunos electrodomsticos, como frigorficos o lavadoras, que hacen aumentar su potencia nominal durante su puesta en marcha. En este caso la potencia nominal del inversor (Pinv) deber ser la calculada por la siguiente expresin:Pinv = 1,35 PACPara el caso que nos ocupa la potencia mxima prevista en alterna de las cargas de consumo instantneo de la vivienda es de 2200 W, por lo que la potencia nominal del inversor deber ser de:Pinv = 1,35 2200 = 2970 W (2970 VA)El inversor seleccionado que cumple con los condicionantes anteriores pertenece a la gama Tauro, de la marca ATERSA, en concreto el modelo 3024/V, segn se puede comprobar en el siguiente enlace que incluye el catlogo de especificaciones tcnicas del equipo:

>> Inversor-Convertidor DC/AC, marca ATERSA, modelo 3024/V

Por ltimo, decir que en el mercado se pueden encontrar inversores de distintos tipos, tanto de onda senoidal pura (PWM) como de onda senoidal modificada (MSW). stos ltimos, aunque pueden alimentar a la mayora de electrodomsticos actuales, tambin pueden tener problemas con aparatos electrodomsticos de cargas inductivas, como son los motores elctricos. Los inversores de onda senoidal pura (PWM), sin embargo, describen mejor la forma de onda que proporciona la red elctrica y en consecuencia es la mejor opcin para alimentar los equipos elctricos y electrnicos actuales. El modelo seleccionado perteneciente a la gama Tauro de ATERSA corresponde a una forma de onda senoidal pura.4.5- Cableado y proteccionesPara el clculo de las secciones de los cables conductores y de las protecciones se distinguir entre la parte de la instalacin que funciona en continua (directa) y la parte de la instalacin que funciona en corriente alterna.Cada uno de los tramos que componen la instalacin poseer una seccin diferente de los conductores debido a que la intensidad de corriente que circula por cada uno de ellos ser diferente dependiendo los equipos que interconecten.A) Instalacin en corriente continua o directa (CC / DC):Todos los tramos en corriente continua se van a componer de dos conductores activos (positivo y negativo) en cable de cobre con aislamiento 0,6/1 kV y cubierta en PVC.Para el clculo de la seccin de cable (S) en los distintos tramos donde circula la corriente continua (directa), y que comprende desde la salida de bornes en la caja de conexin de los mdulos fotovoltaicos hasta la entrada en el inversor, se emplear la siguiente ecuacin:2 L I

S =

V C

donde,S es la seccin del cable conductor, en mm2.L es la longitud del cable conductor en ese tramo, en m.I es la intensidad de corriente mxima que circula por el conductor, en A.V es la cada de tensin mxima permitida en los conductores, que segn se indica en el Pliego de Condiciones Tcnicas del IDAE, deber ser en los conductores de continua como mximo del 1,5%.C es la conductividad del material que forma el conductor, en este caso cobre, cuya conductividad a 20C es de 56 m/mm2. Para otras temperaturas se adjunta la siguiente tabla:Tabla 11. Valores de conductividad del cobre-Cu (m/mm2) con la temperatura T (C)

20 C30 C40 C50 C60 C70 C80 C90 C

5654525048474544

Para aquellos otros casos donde se empleen conductores de aluminio (Al), se adjunta igualmente la siguiente tabla de conductividades del aluminio con la temperatura:Tabla 12. Valores de conductividad del aluminio-Al (m/mm2) con la temperatura T (C)

20 C30 C40 C50 C60 C70 C80 C90 C

3534323130292827

Como ya se ha dicho anteriormente, en los distintos tramos en continua cada tramo se compondr de dos conductores, uno positivo y otro negativo, que sern de igual seccin a la que resulte del clculo de aplicar la anterior expresin. A continuacin se pasa a calcular las secciones de cables de cada uno de los distintos tramos que componen la instalacin fotovoltaica en continua.- Tramo Conexin al Regulador:Este tramo de cableado comprende la conexin desde la salida de la caja de grupo de 6 mdulos fotovoltaicos conectados en paralelo, hasta la entrada al regulador de carga. Los valores de los distintos parmetros que se emplearn para el clculo de la seccin mnima de cable conductor, sern los siguientes:Qu Opinas de esta Web?Enva tus comentarios y sugerencias.

.L = 5 m, es la longitud que recorre el cable desde la salida del generador fotovoltaico hasta el regulador de carga;I = 6 ISC = 68,86= 53,16 A, se corresponde con la intensidad mxima que puede circular por el tramo, y que coincide con la intensidad de cortocircuito (ISC) del mdulo seleccionado ISF-255, de valor ISC = 8,86 A, y multiplicado por el nmero de mdulos (al estar en paralelo se suman las intensidades) que constituyen el grupo que alimenta a cada regulador (6).V = 0,46V, que se corresponde con la cada de tensin mxima permitida en los conductores, que segn se indica en el Pliego de Condiciones Tcnicas del IDAE, deber ser como mximo del 1,5% en los conductores de continua. En efecto, como la tensin de trabajo en cada grupo de generadores fotovoltaicos que alimenta a cada regulador es igual a la tensin en el punto de mxima potencia o potencia pico de cada mdulo (al estar conectados en el grupo los mdulos en paralelo la tensin de salida del grupo es igual a la de cada mdulo). Como el mdulo que se va a instalar es el ISF-255, de tensin de servicio de valor VMP = 30,9 V, la cada de tensin mxima del 1,5% ser igual a V = 0,01530,9 = 0,46 V.C = 47 m/mm2, que es la conductividad del cobre, para una temperatura del cable en servicio de 70 C.Estos valores sustituidos en la expresin anterior resulta una seccin mnima de cable de:S = 24,59 mm2.La seccin normalizada superior a la calculada es de 25 mm2, segn se indica en la tabla de "Intensidades admisibles (A) al aire 40 C. N de conductores con carga y naturaleza del aislamiento", del apartado 2.5.Segn la tabla anterior, la corriente mxima admisible para el cable de cobre de 25 mm2 del tipo 0,6/1 kV y aislamiento en PVC, instalados en el interior de tubos en montaje superficial es de 84 A.Al anterior valor habr que aplicarle un coeficiente de reduccin de 0,91 por temperatura, dado que el valor anterior es para una temperatura del cable de 40 C, y sin embargo el cable alcanzar una temperatura mayor cuando est en servicio. Por lo tanto, finalmente la mxima intensidad admisible del cable ser de Iadm = 840,91 = 76,44 A.Por otro lado, por el tramo que conecta el grupo de 6 mdulos con el regulador, circular una corriente mxima igual a la suma de las corrientes de cortocircuito (ISC) de los mdulos que forman dicho grupo. Por lo tanto la intensidad mxima que pueda circular por este tramo ser I = 6 ISC = 68,86 = 53,16 A, siendo ISC = 8,86 A el valor de la corriente de cortocircuito del mdulo ISF-255 seleccionado (ver apartado 2.1)Por lo tanto, al ser la intensidad que circula por el tramo (I = 53,16 A) menor que la mxima admisible que puede soportar el cable (Iadm = 76,44 A), la seccin elegida para al conductor en este tramo de 25 mm2 resulta vlida.De la misma manera que la anterior, se procedera a calcular las secciones de cable para los restantes tramos en continua que constituyen la instalacin fotovoltaica. Para no alargar la presentacin de este tutorial se adjunta la siguiente tabla con los resultados obtenidos:Tabla 13. Intensidades de corriente y secciones de cable en tramos DC

TramoLongitud del tramo (m)Intensidad de corriente del tramo (A)Seccin de cable mnima calculada (mm2)Seccin de cable seleccionada (mm2)

Conexin con Regulador5,053,1624,5925

Conexin con Bateras6,0106,3259,0170

Conexin con Inversor12,013,5815,0725

Para una mejor comprensin por parte del lector de la tabla anterior, se explica a continuacin cmo se ha realizado el clculo de las intensidades de corriente mxima que pueden circular, tanto por el tramo que conecta el regulador con las bateras, y el otro tramo que conecta con el inversor:- Tramo de conexin a bateras: la intensidad mxima de corriente del tramo de conexin hacia las bateras ser igual a la suma de las intensidades de cortocircuito (ISC) de los 12 mdulos en paralelo que constituyen el generador fotovoltaico. Por tanto, resultar I = 12 ISC = 128,86 = 106,32 A, como as se ha incluido en la tabla anterior.- Tramo de conexin al inversor: por el contrario, para el clculo de la intensidad de corriente mxima que circula por la entrada al inversor, sta depender de la potencia en alterna (P) mxima que puede entregar el inversor a las cargas que alimenta y de su rendimiento (inv = 0,96).P

Ica =

V cos

donde,Ica es la intensidad de corriente alterna de salida del inversor.P es la potencia en alterna mxima que puede entregar el inversor seleccionado a su salida, que vale P=3000 W.V es la tensin de lnea de la red interior de la vivienda, que coincidir con la tensin nominal de salida del inversor, en este caso V=230 V.cos es el factor de potencia que, segn el Pliego de Condiciones Tecnicas del IDAE, dicho factor de potencia proporcionado por las instalaciones solares fotovoltaicas deber ser igual a la unidad (1).Sustituyendo en la expresin anterior resultar una intensidad en corriente alterna de salida del inversor de valor Ica =13,04 A.Por lo tanto la intensidad en corriente continua (Icc) que alimente la entrada del inversor ser la proporcionada por la siguiente expresin:Ica

Icc =

inv

siendo (inv = 0,96) el rendimiento del inversor. Por lo tanto, la intensidad en corriente continua que circula por el tramo que alimenta el inversor se calcular como:13,04

Icc =

0,96

Resultando,Icc = 13,58 AComo as se ha incluido en la tabla anterior.Por ltimo, tambin se podra comprobar que por las secciones de cables de cada tramo (70 mm2 para el tramo que conecta con las bateras, y cable de 25 mm2 para el tramo que conecta con el inversor) circula una intensidad de corriente que es inferior a su intensidad de corriente mxima admisible. En efecto, segn la tabla 2 "Intensidades admisibles (A) al aire 40 C. N de conductores con carga y naturaleza del aislamiento", del apartado 2.5, la corriente mxima admisible para el cable de cobre de 70 mm2 es de 160 A, y para el cable de 25 mm2 de 84 A.Al anterior valor habr que aplicarle un coeficiente de reduccin de 0,91 por la temperatura del cable, por lo que finalmente la mxima intensidad admisible del cable ser de Iadm = 1600,91 = 145,6 A, para el cable de cobre de 70 mm2 y de Iadm = 840,91 = 76,44 A, para el cable de cobre de 25 mm2, siendo en todos los casos superior a la mxima intensidad posible que puede circular por cada tramo, segn se indica en la siguiente tabla:Tabla 14. Intensidades de corriente y secciones de cable en tramos DC

TramoSeccin de cable (mm2)Intensidad mxima admisible (A)Intensidad de corriente del tramo (A)

Conexin con Regulador2576,4453,16

Conexin con Bateras70145,6106,32

Conexin con Inversor2576,4413,58

- Cableado de proteccin:Para la proteccin y seguridad de la propia instalacin, habr que instalar un cable adicional, adems de los cables activos (positivo y negativo), que ser el cable de proteccin y que servir para conectar todas las masas metlicas de la instalacin con el sistema de tierra, con el objetivo de evitar que aparezcan diferencias de potencial peligrosas, y al mismo tiempo permita descargar a tierra las corrientes de defectos o las debidas por las descargas de origen atmosfrico.El cable de proteccin ser del mismo material que los conductores activos utilizados en la instalacin, en este caso de cobre, e irn alojados en el mismo conducto que los conductores activos. La seccin que deben tener en cada tramo el conductor de proteccin viene dada por la tabla siguiente:Tabla 15. Relacin entre los conductores de proteccin y activos

Seccin de los conductores activos de la instalacin, S (mm2)Seccin mnima de los conductores de proteccin, Sp (mm2)

S 16Sp = S

16 < S 35Sp = 16

S > 35Sp = S/2

Para el caso que ocupa en este tutorial, y haciendo uso de la tabla 11 anterior, la seccin que tendr el cable de proteccin en cada tramo de la instalacin se indica en la siguiente tabla:Tabla 16. Secciones de conductores activos y de proteccin por tramos

TramoSeccin de cable activo (mm2)Seccin del cable de proteccin, (mm2)

Conexin con Regulador2516

Conexin con Bateras7035

Conexin con Inversor2516

- Tubos o conductos protectores:Para la seleccin de los dimetros de los tubos protectores se emplear la tabla 3 del apartado 2.5, que proporciona los dimetros exteriores mnimos de los tubos en funcin del nmero y la seccin de los cables alojados.Para el caso que ocupa en este tutorial, y haciendo uso de la tabla 3 anterior, el dimetro del tubo en cada tramo de la instalacin se indica en la siguiente tabla:Tabla 17. Dimetros de tubos protectores en tramos de corriente continua (DC)

TramoDimetro de tubo (mm)

Conexin con Regulador32

Conexin con Batera50

Conexin con Inversor32

Por ltimo, se adjunta la siguiente tabla resumen de los tramos de la instalacin que funcionan en corriente continua, con los resultados obtenidos:Tabla 18. Secciones de cables y dimetros de los tubos protectores en tramos DC

TramoSeccin de cable activo, (mm2)Seccin del cable de proteccin, (mm2)Dimetro de tubo protector, (mm)

Conexin con Regulador251632

Conexin con Bateras703550

Conexin con Inversor251632

B) Instalacin en corriente alterna (AC):A partir de la salida del inversor, todos los tramos de corriente alterna que alimenta la instalacin interior de la vivienda, que ser de tipo monofsica, se van a componer de dos conductores (fase y neutro), adems del conductor de proteccin, en cable de cobre con tensin nominal 0,6/1 kV y aislante en PVC.Para el clculo de la seccin (S) de los conductores activos en los tramos de corriente alterna monofsica, se emplear la siguiente ecuacin:2 P L

S =

V C V

donde,S es la seccin del cable conductor, en mm2.P es la potencia mxima que vaya a transportar el cable, en W.L es la longitud del cable conductor en ese tramo, en m.V es la cada de tensin mxima permitida en los conductores, que segn se indica en el Pliego de Condiciones Tcnicas del IDAE, deber ser en los conductores de alterna como mximo del 2%.C es la conductividad del material que forma el conductor, en este caso cobre, cuya conductividad a 20C es de 56 m/mm2. Para otras temperaturas se puede consultar la tabla 7 anterior.V es la tensin de lnea de la red interior de la vivienda, en Voltios (V).Para el caso de este tutorial, slo se va a calcular el tramo de instalacin en alterna desde la salida del inversor hasta su conexin con el cuadro general de proteccin y mando (CGPM), d