SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
DE CONEXIÓN A REDDISEÑO
OSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO
ÍNDICE
1 GENERADOR FOTOVOLTAICO
2 INVERSOR
3 CABLEADO
INCLINACIÓN Y ORIENTACION
βopt = 3,7 + 0,69 · |φ|
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
0 20 40 60 80
10
20
30
40
50
60
70
80
0.686
0.705
0.723
0.742
0.76
0.779
0.797 0.815
0.834
0.8
52
0.871 0.889
0.908
0.926
0.945
0.963
0.982
Orientación
Inclinació
n
GENERADOR FOTOVOLTAICOINVERSOR
CABLEADO
PÉRDIDAS ANGULARES SEGÚN CTE
{100 · [1, 2 · 10−4 · (β− φ + 10)2 + 3, 5 · 10−5 · α2] 15◦ < β < 90◦
100 · [1, 2 · 10−4 · (β− φ + 10)2] β < 15◦
CasoOrientación e
inclinaciónSombras Total
General 10 10 15
Superposición 20 15 30
Integraciónarquitectónica
40 20 50
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GENERADOR FOTOVOLTAICOINVERSOR
CABLEADO
MODULOS EN SERIE
El inversor está diseñado para soportar una tensiónmáxima en la entrada. Superarla puede conllevar la averíadel equipo.Por otra parte, el algoritmo de búsqueda del MPP serealiza en un rango de tensiones limitado. Para evitarpérdidas por trabajar en un punto alejado del MPP, latensión del generador debe estar dentro de este rango.
Ns,max : VocG(G = 200 W/m2, Ta = −10 ◦C) < Vmax,inv
Ns,mpp : VmppG(Gstc, Ta = 25 ◦C) ∈[VmppMIN, VmppMAX
]INV
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GENERADOR FOTOVOLTAICOINVERSOR
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RAMAS EN PARALELO
El fabricante del inversor elige los componentes para soportaruna corriente máxima admisible.En general, el inversor es capaz de autoprotegerse ante valoressuperiores a este umbral desplazando el punto defuncionamiento del generador fuera del MPP.No obstante, el diseñador del sistema debe elegir el número deramas en paralelo de forma que no se supere este umbral.
Np,max : IscG(1000 W/m2) < Imax,INV
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GENERADOR FOTOVOLTAICOINVERSOR
CABLEADO
CONFIGURACIÓN DEL GENERADOR
De los cálculos anteriores se obtiene una ventana deconfiguraciones del generador que permiten un buenacoplamiento entre inversor y generador. Para elegir unaconfiguración deben tenerse en cuenta diferentes aspectos:
Configuración eléctrica y ubicación física de los módulosen la estructura.La curva de eficiencia del inversor depende de la tensiónde entrada.Inversión y rendimiento económicos.Espacio disponible.Relación de potencias de generador e inversor.
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CONFIGURACIÓN ELÉCTRICA Y ESTRUCTURA
Es recomendable elegir series compuestas por un númerode módulos que puedan ser ubicados en una única hilerade la estructura.
Se facilita el trazado del cableado: la propia estructurapuede servir como fijación auxiliar, se evitan cruzamientosindeseados.Se minimiza la influencia de las sombras: es muyfrecuente la aparición de sombras entre partes delgenerador o entre seguidores, sombras de formarectangular y que comienzan afectando a las partes bajas dela estructura. Al cablear por hileras, las sombras de lashileras bajas no afectan a las hileras inmediatamentesuperiores.
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GENERADOR FOTOVOLTAICOINVERSOR
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POTENCIA DEL GENERADOR
La potencia del generador fotovoltaico está relacionadadirectamente con la inversión económica a realizar.Por otra parte, la relación entre energía generada ypotencia nominal es aproximadamente lineal, y por tanto,los ingresos económicos dependen casi linealmente de lapotencia del generador.Por tanto, para decidir la potencia del generador(P∗g = Ns ·Np · P∗m) debe tenerse en cuenta el capital ofinanciación disponible, y el rendimiento económicodeseado.
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POTENCIA DEL GENERADOR
La potencia del generador es proporcional al área delgenerador y al terreno ocupado (que también influye,aunque en menor grado, en el cálculo económico). Portanto, debe tenerse en cuenta el espacio disponible (o elcoste que se pretende asumir por el uso de terreno).Según el tipo de sistema (estático, seguimiento) se debeelegir una relación de potencias de generador e inversor.
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ÍNDICE
1 GENERADOR FOTOVOLTAICO
2 INVERSOR
3 CABLEADO
GENERADOR FOTOVOLTAICOINVERSOR
CABLEADO
CURVA DE EFICIENCIA
Para calcular la potencia entregada por el inversor a partir de lapotencia suministrada por el generador fotovoltaico seempleará la curva de eficiencia del inversor, ηinv, definida comola relación entre la potencia suministrada a la red eléctrica, Pac,y la potencia de entrada, Pdc. Esta relación puede describirsecon una función basada en tres coeficientes y la normalizaciónde la potencia de salida:
ηinv =po
po + ko0 + ko
1po + ko2p2
o
donde po = Pac/Pinv, y ko0, ko
1 y ko2 son parámetros
adimensionales que definen el comportamiento eléctrico delinversor.
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GENERADOR FOTOVOLTAICOINVERSOR
CABLEADO
CURVA DE EFICIENCIA
ko0 = 0,01
ko1 = 0,025
ko2 = 0,05
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
Potencia AC normalizada
Eficie
ncia
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RELACIÓN DE POTENCIAS
Dado que la potencia entregada por el generador varía conlas condiciones meteorológicas, el inversor trabajará endiferentes zonas de su curva de eficiencia.Por tanto, una de las preguntas a responder es qué relacióndebe existir entre la potencia del generador FV y elinversor.Si esta relación es alta, el inversor trabajará con frecuenciaen la región de alta eficiencia, pero a cambio es posible quedeba limitar la potencia del generador para evitar superarsu umbral de corriente admisible.
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CABLEADO
RELACIÓN DE POTENCIAS
En sistemas de integración arquitectónica, donde laorientación e inclinación no son óptimas, esta probabilidadpuede ser baja. Así, puede considerarse necesariosobredimensionar el generador FV respecto al inversor(P∗g/Pinv ∈ [1; 1,4]).
CTE-HE5-3.2.3.2: “la potencia del inversor será comomínimo el 80 % de la potencia pico real del generadorfotovoltaico”
En sistemas de seguimiento esta probabilidad suele seralta. Se recomiendan inversores de potencia similar a la delgenerador (P∗g/Pinv ∈ [1; 1,2])
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RELACIÓN DE POTENCIAS
No obstante, es posible demostrar que el valor de esta relaciónno es tan crítico como elegir un inversor con buena curva deeficiencia.
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ÍNDICE
1 GENERADOR FOTOVOLTAICO
2 INVERSOR
3 CABLEADO
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CABLEADO
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS
Diseño del cableado
Criterio de caída de tensiónEn sistemas de gran tamañoreducir buclesDiseño de estructura eintegración: habilitar uncamino para cableado
Tipo de cables
Doble aislamientoPoliolefínas
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CABLEADO
CÁLCULO
Habitualmente se descarta el criterio termico y se emplea elcriterio de caida de tensión (RBT ITC-BT-07):
Sdc =2 · Ldc · Idc
56 · ∆Vdc
S1ac =2 · L1ac · I1ac
56 · ∆V1ac
S3ac =
√3 · L3ac · I3ac
56 · ∆V3ac
En general, se suele aceptar una caída máxima de tensión 1,5 %de la tensión nominal. Para aplicar correctamente esteporcentaje es importante caer en la cuenta de que cada zona(DC y AC) tiene su propia tensión nominal.
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CABLEADO
CÁLCULO
EJEMPLO
Por ejemplo, en una instalación que conduce 75 A a la salida deun inversor trifásico, situado este a 100 m de la conexión a red,se deberá utilizar un cable de secciónS =
√3·100·75
56·1,5 %·400 = 38,66 mm2.Dado que la sección de los cables está normalizada, se deberáoptar por la sección inmediatamente superior, y por tanto laconexión del inversor a la red se realizará con tres cables desección S = 50 mm2.
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CABLEADO
CÁLCULO
Con este resultado, es necesario comprobar que la intensidadde diseño es inferior a la intensidad máxima admisible delcable para sus condiciones de servicio, según las tablas de laITC-BT-07.No obstante, las secciones que resultan del criterio de caída detensión aplicado a los sistemas fotovoltaicos habitualmente sonsobradamente capaces de conducir la corriente del sistema.
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Suponiendo que en una planta con varios inversores trifásicosexiste la posibilidad de ubicar los inversores debajo delgenerador FV (distribución en alterna) o en un centro específicojunto al punto de conexión a red (distribución en continua), ¿cuáles la tensión de trabajo en continua que permite optar poruna distribución en continua?
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