Diseño e instalación de sistemas fotovoltaicos
Publicado: Sab, 18 Nov 2017, 16:25
Una de las principales ventajas es que pueden ser fácilmente integrados en el edificio o las casas ya existentes. Los sistemas FV son modulares y se pueden instalar en cualquier lugar. Además, este tipo de sistemas no producen ruido, emisiones nocivas ni gases contaminantes, y lo más importante, la energía producida es gratuita. Los fabricantes disponen de modelos variados, que pueden ser instalados en diversos tipos de casas y edificios.
Diseño
La cantidad de electricidad que producen los paneles es aproximadamente proporcional a la intensidad y al ángulo de la luz que incide. Los paneles, por lo tanto, son posicionados para aprovechar al máximo la luz disponible dentro de las limitaciones de su colocación. La potencia máxima se obtiene cuando los paneles son capaces de realizar el seguimiento de los movimientos del Sol durante el día y a lo largo de las distintas estaciones del año. Este tipo de instalaciones (con seguidor) se montan en campo, usando un poste de acero sobre una base de hormigón. Los seguidores montados en el tejado son raros de encontrar porque pueden dar lugar a problemas estructurales.
La inclinación óptima para los sistemas FV varía con la latitud. En el hemisferio norte la orientación óptima de los módulos FV es hacia el sur, y lo contrario para el hemisferio sur. Tomemos el ejemplo del hemisferio norte. Si la orientación no es hacia el sur, pero es, por ejemplo, hacia el sureste o el suroeste, la producción de electricidad se reduce en unos pocos puntos porcentuales. El ángulo óptimo de inclinación, con respecto a la horizontal, es aproximadamente de 41º en el norte de Europa, 35º en Europa Central, y unos 32º en el sur de Europa. El ángulo de inclinación óptimo es mayor durante el invierno y menor durante el verano.
Como se muestra en la figura, los valores anuales acumulados de radiación solar varían entre 1000 kWh/m2 en el centro y norte de Europa (con la excepción del norte de Escandinavia) hasta aproximadamente 1.600 a 1800 kWh/m2 en el sur de Europa. La figura también proporciona una indicación de la cantidad anual de electricidad (kWh) producida por sistemas FV, por zona geográfica. Como se puede ver en dicha figura, un sistema FV de 1.000 Wp situado en el sur de Europa, por ejemplo, produce aproximadamente 1.250 kWh, mientras que un sistema similar en el norte de Europa produce aproximadamente 750 kWh.
Producción eléctrica por regiones geográficas
Basándonos en los datos que nos proporciona la figura, podemos calcular el tamaño del sistema FV, dependiendo del tipo de células. La potencia instalada con células de silicio cristalino es de aproximadamente 100 Wp/m2 y de 50 Wp/m2 con células de película delgada. Si se requiere una instalación FV que produzca 875 kWh al año –igual al 25 % de la media de consumo anual de un hogar europeo (3500 kWh)- el tamaño de la instalación en Bélgica (1000 kWh/m2) debería ser de aproximadamente 1170 Wp, mientras que el tamaño de la instalación en Italia (1600 kWh/m2) sería aproximadamente de 730 Wp. Dependiendo del tipo de células, el tamaño requerido en Bélgica es aproximadamente de 11.7 m2 (silicio) y 23.4 m2 (película delgada); en Italia, el tamaño aproximado requerido es de 7.3 m2 (silicio) y 14.6 m2 (película delgada). Obviamente, la inversión requerida para una instalación FV con la misma producción de electricidad será más baja en Italia que en Bélgica.
Como se muestra en la figura, se usa un índice de rendimiento estándar del 75%. A lo largo de la ubicación geográfica, el rendimiento de la producción del sistema se ve también afectado por factores tales como:
• Sombra: uno de los principales factores que afectan al diseño y al emplazamiento de un nuevo sistema FV es que esté libre de obstáculos que produzcan sombra en partes del sistema FV. Árboles, chimeneas y otros salientes, son obstáculos bien conocidos que pueden conducir a pérdidas por sombra en sistemas FV montados en el tejado.
o El problema es que las células FV con sombra actúan como unas resistencias muy grandes, disipando la electricidad generada por las restantes, sin sombra. Esto se observa a través de la alta temperatura (“hot spot”) en los módulos a la sombra en un sistema parcialmente sombreado. Frecuentemente, los ciclos de alta temperatura acortan la vida útil de la célula y el módulo. Actualmente, la mayoría de los fabricantes de módulos suministran sus productos con diodos de “bypass” para evitar que un módulo total o parcialmente en sombra disipe la energía generada en otros módulos de la cadena.
• Condiciones estándar de prueba: el rendimiento de un sistema solar FV es evaluado por los fabricantes bajo condiciones estándar de prueba. Estas condiciones son fácilmente recreadas en fábrica y hacen posible comparaciones consistentes entre productos; sin embargo, necesitan ser modificadas para estimar la producción en condiciones de operación normales al aire libre.
• Temperatura: la potencia de salida de los módulos se reduce cuando la temperatura del módulo se incrementa (0,5% por cada grado Celsius).
• Desajustes de módulos y Pérdidas en el cableado: la máxima potencia de salida del conjunto total FV es siempre menor que la suma de las máximas potencias de salida de los módulos individualmente. La diferencia es el resultado de las ligeras diferencias entre los rendimientos de un módulo y el siguiente, y es conocido como “desajuste del módulo”. También se pierde potencia por la resistencia en los conductores del sistema.
• Pérdidas en la conversión de corriente continua (DC) a corriente alterna (AC): la potencia generada en continua por el módulo solar deber ser convertida en la corriente alterna. Se pierde algo de potencia en el proceso de conversión, y hay también una pérdida adicional en los conductores que van desde los módulos del tejado hasta el inversor.
Diseño
La cantidad de electricidad que producen los paneles es aproximadamente proporcional a la intensidad y al ángulo de la luz que incide. Los paneles, por lo tanto, son posicionados para aprovechar al máximo la luz disponible dentro de las limitaciones de su colocación. La potencia máxima se obtiene cuando los paneles son capaces de realizar el seguimiento de los movimientos del Sol durante el día y a lo largo de las distintas estaciones del año. Este tipo de instalaciones (con seguidor) se montan en campo, usando un poste de acero sobre una base de hormigón. Los seguidores montados en el tejado son raros de encontrar porque pueden dar lugar a problemas estructurales.
La inclinación óptima para los sistemas FV varía con la latitud. En el hemisferio norte la orientación óptima de los módulos FV es hacia el sur, y lo contrario para el hemisferio sur. Tomemos el ejemplo del hemisferio norte. Si la orientación no es hacia el sur, pero es, por ejemplo, hacia el sureste o el suroeste, la producción de electricidad se reduce en unos pocos puntos porcentuales. El ángulo óptimo de inclinación, con respecto a la horizontal, es aproximadamente de 41º en el norte de Europa, 35º en Europa Central, y unos 32º en el sur de Europa. El ángulo de inclinación óptimo es mayor durante el invierno y menor durante el verano.
Como se muestra en la figura, los valores anuales acumulados de radiación solar varían entre 1000 kWh/m2 en el centro y norte de Europa (con la excepción del norte de Escandinavia) hasta aproximadamente 1.600 a 1800 kWh/m2 en el sur de Europa. La figura también proporciona una indicación de la cantidad anual de electricidad (kWh) producida por sistemas FV, por zona geográfica. Como se puede ver en dicha figura, un sistema FV de 1.000 Wp situado en el sur de Europa, por ejemplo, produce aproximadamente 1.250 kWh, mientras que un sistema similar en el norte de Europa produce aproximadamente 750 kWh.
Producción eléctrica por regiones geográficas
Basándonos en los datos que nos proporciona la figura, podemos calcular el tamaño del sistema FV, dependiendo del tipo de células. La potencia instalada con células de silicio cristalino es de aproximadamente 100 Wp/m2 y de 50 Wp/m2 con células de película delgada. Si se requiere una instalación FV que produzca 875 kWh al año –igual al 25 % de la media de consumo anual de un hogar europeo (3500 kWh)- el tamaño de la instalación en Bélgica (1000 kWh/m2) debería ser de aproximadamente 1170 Wp, mientras que el tamaño de la instalación en Italia (1600 kWh/m2) sería aproximadamente de 730 Wp. Dependiendo del tipo de células, el tamaño requerido en Bélgica es aproximadamente de 11.7 m2 (silicio) y 23.4 m2 (película delgada); en Italia, el tamaño aproximado requerido es de 7.3 m2 (silicio) y 14.6 m2 (película delgada). Obviamente, la inversión requerida para una instalación FV con la misma producción de electricidad será más baja en Italia que en Bélgica.
Como se muestra en la figura, se usa un índice de rendimiento estándar del 75%. A lo largo de la ubicación geográfica, el rendimiento de la producción del sistema se ve también afectado por factores tales como:
• Sombra: uno de los principales factores que afectan al diseño y al emplazamiento de un nuevo sistema FV es que esté libre de obstáculos que produzcan sombra en partes del sistema FV. Árboles, chimeneas y otros salientes, son obstáculos bien conocidos que pueden conducir a pérdidas por sombra en sistemas FV montados en el tejado.
o El problema es que las células FV con sombra actúan como unas resistencias muy grandes, disipando la electricidad generada por las restantes, sin sombra. Esto se observa a través de la alta temperatura (“hot spot”) en los módulos a la sombra en un sistema parcialmente sombreado. Frecuentemente, los ciclos de alta temperatura acortan la vida útil de la célula y el módulo. Actualmente, la mayoría de los fabricantes de módulos suministran sus productos con diodos de “bypass” para evitar que un módulo total o parcialmente en sombra disipe la energía generada en otros módulos de la cadena.
• Condiciones estándar de prueba: el rendimiento de un sistema solar FV es evaluado por los fabricantes bajo condiciones estándar de prueba. Estas condiciones son fácilmente recreadas en fábrica y hacen posible comparaciones consistentes entre productos; sin embargo, necesitan ser modificadas para estimar la producción en condiciones de operación normales al aire libre.
• Temperatura: la potencia de salida de los módulos se reduce cuando la temperatura del módulo se incrementa (0,5% por cada grado Celsius).
• Desajustes de módulos y Pérdidas en el cableado: la máxima potencia de salida del conjunto total FV es siempre menor que la suma de las máximas potencias de salida de los módulos individualmente. La diferencia es el resultado de las ligeras diferencias entre los rendimientos de un módulo y el siguiente, y es conocido como “desajuste del módulo”. También se pierde potencia por la resistencia en los conductores del sistema.
• Pérdidas en la conversión de corriente continua (DC) a corriente alterna (AC): la potencia generada en continua por el módulo solar deber ser convertida en la corriente alterna. Se pierde algo de potencia en el proceso de conversión, y hay también una pérdida adicional en los conductores que van desde los módulos del tejado hasta el inversor.