Tecnología FV Aislada. Frank Jackson, Profesor Renewables Academy Misión de Investigación de Bolivia, 25 de noviembre 2013

Transcripción

1 k k f bl d Frank Jackson, Profesor Renewables Academy Misión de Investigación de Bolivia, 25 de noviembre 2013

2 Tipos de instalaciones fotovoltaicas: conectadas a la red y aisladas de la red CAJA DE CONEXIONES MÓDULO FV REGULADOR CARGAS CARGAS INVERSOR CONEXION A RED CONTADOR INVERSOR BATERÍAS MÓDULOS FV

3 FV Aislado Rural / remoto en lugar de urbano Funciona prácticamente en todas partes Mercado: por lo general las personas / clientes que no disponen de suministro eléctrico (aunque pueden tener generador) La mayoría de los sistemas aislados son pequeños, 1-2 módulos Oficina y aula de la Fundación Darwin, Islas Galápagos, Ecuador

4 FV Aislado - concepto fundamental Esto puede simbolizar varios módulos REGULADOR Cargas CC REGULADOR INVERSOR BANCO DE BATERÍAS BANCO DE BATERÍAS

5 Principales componentes REGULADOR Módulos Estructura de montaje Reguladores de carga Inversores Inversores-cargadores Baterías Fusibles Cargas CARGAS INVERSOR BATERÍAS MÓDULOS FV

6 Principales tipos de módulos disponibles en el mercado Silicio monocristalino - muy común en sistemas aislados Silicio policristalino - muy común en sistemas aislados Silicio amorfo multi-unión El silicio amorfo o (lámina delgada) - principalmente en sistemas muy pequeños Módulos no basados en silicio - pequeño porcentaje de mercado - raramente utilizados en instalaciones aisladas Curso RENAC, Ecuador

7 Silicio monocristalino Silicio policristalino

8 Silicio amorfo de lámina delgada Silicio amorfo multi-unión de lámina delgada

9 Reguladores de carga La función principal es proteger las baterías Permiten una carga de la batería eficiente Monitoreo del sistema Los sistemas con inversores pueden os s s e as co e so es puede necesitar un control más sofisticado

10 Inversores para sistemas aislados Inversor de 500W de Steca, diseñado para su uso en sistemas FV aislados Toma CC de las baterías y 500W de suministra de CA a los electrodomésticos Debe ser: sistemas FV Eficiente La mayoría de Forma de onda correcta los inversores Tamaño correcto no están diseñados para su uso en sistemas FV aislados

11 Rango de baterías para los sistemas fotovoltaicos autónomos Baterías de plomo-ácido Qué tipo de baterías están disponibles a nivel local? Fabricadas localmente? Importadas? No se recomiendan las baterías automotrices (SLI), pero se utilizan en sistemas domésticos donde son la única opción (battteries de camión, no de coche) 2 años de vida máxima, si el tamaño es adecuado Figura Tipos de baterías: batería solar Sunset de placa plana (parte superior izquierda); baterías SLI locales en Kenia, generalmente no se recomiendan, pero son a menudo la única opción (arriba a la derecha); Celdas Hoppecke de 2V, inundadas, placas tubulares, de ciclo profundo, recomendadas para sistemas mayores (parte inferior izquierda); Surrette baterías de 6V, ciclo profundo (parte inferior derecha) Fuente: Stand-alone Solar Electric Systems, Hankins, series Earthscan Expert

12 Propiedades de las baterías de plomo-ácido de FV Descripción del tipo habitual SLI Modificadas Células de gel, sin mantenimiento Libre de mantenim. ciclo profundo Inundadas ciclo profundo Construcción Placas más gruesas que SLI (Automotriz) Sin mantenimiento, selladas Gel electrolito, placas tubulares Electrolito líquido, placas tubulares, recipientes transparentes Propiedades Moderada a baja pérdida de agua, baja tasa de autodescarga Sin mantenimiento Bajo mantenimiento, puede soportar una descarga profunda Bajo mantenimiento, construcción robusta, buena carga a corrientes bajas, puede soportar una descarga profunda Tensiones unitarias 12 V 12 V 2 V 6 V 2 V 6 V Gama capacidad Ah Ah Ah ,000 Ah 20 2,000 Ah Tasa de autodescarga - mensual 2 4 % 3 4 % < 3 % 2 4 % % DOD - ciclo de vida (aproximado) 20 % % % % 300 (Puede ser menos) 30 % % > % % > 1200 Período de mantenimiento 3 meses aprox. Ninguna Monitoreo y limpieza anual 3 meses aprox.

13 Cabinas y salas de baterías Una o dos baterías pueden ser colocadas en cabinas especiales Los grandes bancos de baterías se instalan en una habitación ventilada cerrada Salas separadas para baterías e inversores / interruptores etc si las baterías no están selladas Cumplir con las regulaciones Acceso únicamente a las personas autorizadas Cabinas de baterías de fabricación local

14 Ejemplos potencia - energía Bombilla de bajo consumo - 18 W x 4 h = 72 Wh Incandescente - 80 W x 4 h = 320 Wh Ordenador portátil - 30 W x 4 h = 120 Wh Computadora de escritorio (cátodo) 200 W x 4 h = 800 Wh (90 W a 300 W) Calentador de inmersión W x 0.5 h = Wh (30 minutos) Unidad de aire acondicionado - (de pared) W x 6 h = Wh

15 Iluminación y aparatos electrónicos Bajo consumo de energía y potencia, energía, electricidad, eficiencia energética Los electrodomésticos de bajo consumo son cruciales en los sistemas aislados Lámparas de bajo consumo de 12V DC de Steca, diseñados para su uso en sistemas fotovoltaicos aislados, la iluminación es una de las principales aplicaciones de sistemas FV aislados Este televisor CC de 7" de Phocos consume 5 W, menos que una bombilla de bajo consumo

16 Ventiladores de bajo consumo Este ventilador consume aprox. 24 W Se puede utilizar en 12 VDC, 24 VDC, 115 VAC Una unidad de aire acondicionado a menudo opera a W Costa Rica

17 Refigeration de bajo consumo CC 12 V or 24 V Consumo Max W Funciona con un módulo de 70 Wp en la mayoría de los climas Se puede utilizar como refrigerador o congelador Dimensiones 91,7 x 87,2 x 70,9 cm

18 SUPERFICIE ATMÓSFERA SUPERIOR La energía solar que cae sobre un metro cuadrado de La energía solar que cae sobre un metro cuadrado de superficie de la tierra a pleno sol 1000W equivale a una barra de una estufa eléctrica

19 Dependencia de irradiación sobre el tiempo Cielo nublado Cielo despejado, soleado Principalmente radiación difusa Principalmente radiación directa Irradiación W/m 2

20 Eficiencia de colectores solares La cantidad de energía solar que se puede convertir en energía útil (electricidad o calor) La eficiencia instantánea varía Rendimiento medio La eficiencia no se utiliza generalmente en el dimensionamiento 1000 W Radiación solar 1 m W de energía generada - dispositivo o proceso es 10% eficiente

21 La cuantificación de la radiación solar: kwh/m² La radiación solar se cuantifica en kwh/m² - por día o por año A pleno sol, en un día despejado, con sol en la vertical, la energía solar (radiación solar) que cae en un área de un cuadrado de la superficie terrestre es equivalente a alrededor de W Durante una hora esto es kwh/m² Expresado como cantidad media disponible cada día en un mes determinado: (kwh/m² por día) Expresado como la cantidad media disponible en el transcurso de un año: (kwh/m² por año) Llamado horas pico de sol (PSH) o también horas de sol completas

22 Bolivia - Radiación solar

23 Ejemplo, la producción de energía del módulo 1 módulo solar x 100 Wp 4PSH por día promedio en un mes determinado Sistema solar aislado doméstico Wp x PSH x coeficiente de rendimiento * = Wh por día 100 x 4 x 0,6 = 240 Wh por día en promedio Qué puede suministrar esto de forma realista y por cuánto tiempo? El dimensionamiento de sistemas reales es más complicado que esto, depende del tipo de sistema y requiere experiencia * Los coeficientes de rendimiento varían según el tipo de sistema, los sistemas conectados a la red generalmente producen más.