Lección 03: Configuración y cálculo de instalaciones solares aisladas

Ahora pasamos al lado más difícil, la correcta configuración de una instalación solar aislada. Para esta tarea hacen falta varios cálculos y formulas complejas, que explicaremos a continuación. Con unos cuantos ejercicios prácticos serás capaz de configurar tu propia instalación fotoeléctrica en cuestión de minutos. 

Curso en vídeo: cómo hacer configuración de instalaciones aisladas

Instalaciones aisladas: configuración y cálculos (texto)

Los elementos que componen una instalación fotovoltaica aislada son los que veis en la primera imagen del vídeo.

Está el módulo, está el regulador, las baterías, el inversor y el convertidor, en el caso de cree o no lo necesitamos.

El objetivo de las instalaciones fotovoltaicas aisladas es garantizar el suministro eléctrico por lo que hay que conocer la potencia que necesitan los consumos.

Con estos datos y con la información de la irradiación solar de cada mes en ese lugar podemos obtener el mes crítico para el cual habrá que dimensionar las instalaciones.

Para este mes la instalación que quedara dimensionada de una forma ajustada pero para el resto de meses estará algo sobredimensionada.

Los pasos a seguir son los que veis en el vídeo.

  • En el paso 1 se elabora una tabla con la irradiación media diaria en la ubicación de la instalación para cada mes y para diferentes ángulos de inclinación.
  • En el paso 2 se prepara una tabla con los consumos medios diarios de cada mes.
  • En el paso 3 se elabora la tabla de consumo respecto de la irradiación de cada mes y para cada inclinación.
  • En el paso 4 se identifica para cada inclinación la mayor relación consumo/irradiación, determinando el mes más desfavorable para cada inclinación.
  • El paso 5 sería seleccionar del conjunto de valores anteriores el ángulo que contenga el menor valor
  • En el paso 6 se toman las horas solares pico del mes crítico y de la mejor inclinación de ese mes.

En este ejemplo que veis en el video las tres tablas corresponderían a los pasos 1, 2 y 3.

Una vez realizadas estas tres tablas, el paso 4 consiste en identificar para cada inclinación la mayor relación consumo/irradiación.

Como veis en nuestro ejemplo estará sombreado el mes de enero.

En el paso 5 consiste seleccionar entre los valores marcados en azul el ángulo de inclinación para el cual la relación consumo/irradiación es menor. Que como veis es para 60 grados, que nos da un 0,694.

El paso 6 tendríamos que determinar las horas solares pico, que en nuestro caso se trata del mes de enero y de 60 grados y como veis las horas solares pico para 60 grados según la fórmula nos da 3,113.

El valor medio de horas solares pico está entre 3 y 6.

Conocido las horas solares pico y la potencia pico de un módulo podemos calcular la energía media diaria de un módulo y también la energía entregada por un generador compuesto de varios módulos.

Que es la siguiente fórmula que veis en el vídeo. Hay que tener en cuenta que no toda la energía que se calcula es la que va a dar, porque hay pérdidas en los conductores y demás componentes.

En esta lección he realizado numerosos ejercicios que podéis visitar en el canal de youtube (haciendo clic en los enlaces abajo en esta página) y ahí os quedará bien claro todo el uso de todas estas fórmulas.

En los parámetros para los módulos fotovoltáicos intervienen la potencia máxima generada que es igual a la tensión en el punto de máxima potencia multiplicado por la intensidad en el punto de máxima potencia.

El factor que veis en la pantalla determina la relación entre la potencia máxima generada y la tensión a circuito abierto, multiplicado por la intensidad de cortocircuito.

Y la eficiencia del módulo es la relación entre la potencia máxima generada por el módulo y el producto del área superficial del módulo por la irradiancia que incide sobre él.
Las condiciones estándar de medida son las que veréis a continuación en la figura en el vídeo.

La irradiancia sobre el módulo que tiene que ser mil vatios partido por metro cuadrado, la temperatura de las células 25, la incidencia de la radiación de forma perpendicular a los módulos y el espectro de la luz solar a una masa de aire de 1.5.

A continuación podéis comprobar cómo se calcula las intensidades y las tensiones según la conexión que se haya realizado de los diferentes módulos.

Para el cálculo del generador fotovoltaico en una instalación aislada tenemos formuladas que veis a continuación en el vídeo.

Se calcula el número total de módulos, el rendimiento, que suele ser de 0,9, el número de módulos de serie y también la fórmula la tensión del sistema de baterías entre la tensión en el punto de máxima potencia del módulo.

Después está el número de módulos en paralelo que es el número total de módulos entre el número de módulos en serie y después ya está la fórmula para calcular la potencia pico o potencia máxima del generador fotovoltaico.

Estos son las distintas expresiones que hay para calcular la capacidad del conjunto de baterías y la tensión según estén conectadas unas baterías con otras.
Con esta fórmula podemos calcular la capacidad del sistema de baterías.

En estas fórmulas que veis en el vidoe se puede calcular el regulador, teniendo en cuenta que se suele sobredimensionar en torno a un 20%, teniendo en cuenta el número de módulos en paralelo y la corriente del cortocircuito en uno de sus módulos.

Y también habrá que determinar la máxima corriente que puede demandar los consumos.

La intensidad del regulador debe ser la intensidad comercial inmediatamente superior.
Esto tendrá un valor y tienes que tener en cuenta la inmediatamente superior que haya, comercialmente hablando.
Veremos ahora problemas prácticos y así quedará todo muchísimo más caro.

La asociación de los reguladores tienen que ser en paralelo para aportar entre los dos o más reguladores que se junten en la corriente innecesaria en la instalación que se esté realizando.

En general la potencia de un inversor se calcula teniendo en cuenta que sea capaz de proporcionar un 110 por ciento de la potencia que demandan los consumos en régimen normal, considerando todas las cargas que pueden funcionar a la vez.

La sección de un cable, ya sea de corriente continua o de corriente alterna monofásica, se calcula de la siguiente manera utilizando la fórmula que veréis en el video, donde se tiene que saber la resistencia del conductor, la longitud del cable, la intensidad máxima prevista por el cable en régimen normal, la caída de tensión en porcentaje y la tensión nominal del circuito en voltios.

Hay que tener en cuenta para la elección del cable que según la instrucción técnica complementaria del Reglamento de Baja Tensión nº 40 la sección de los cables de corriente continua del generador deben ser dimensionado para una intensidad de al menos el 125 por ciento de la corriente máxima del generador, es decir los cables del generador deben admitir una corriente máxima mayor de 1.25 por la corriente de alrededor.

En determinados sitios es conveniente tener un sistema de bombeo para el regadio, para mantener las plantas y los cultivos adecuadamente regados.

Entonces hay sistemas de bombeo directo que no requieren baterías ya que lo que se genera con el sol se consume directamente y después está el indirecto que necesita baterías y se utiliza para acumular la energía sobrante y así utilizarla en momentos nocturnos o cuando sea necesario.

En el ángulo de inclinación y orientación es necesario que sea siempre superior a 15 grados para conseguir que la lluvia pueda eliminar la suciedad acumulada en los nódulos y como veis hay estas fórmulas que veis en la pantalla para poder calcular el consumo de la bomba.
La altura total se obtiene también con la ayuda de otra fórmula que ves en el vídeo del curso.

Calculamos también las pérdidas por fricción en las tuberías para un determinado caudal.

Después está la fórmula para calcular pérdidas eléctricas por lo que el consumo eléctrico real.

Ejercicios para calcular las instalaciones solares fotoeléctricas aisladas

En los vídeos enlazados abajo tenéis numerosos ejercicios, junto con las soluciones y explicaciones y podéis dejar en los comentarios las dudas que tengáis que trataré de contestarlas durante es posible.

  • CONFIGURACIÓN DE UNA CORRECTA INSTALACIÓN SOLAR: