Disseny i instal·lació de sistemes fotovoltaics solars
La societat moderna depèn de l'energia per a les necessitats diàries com la indústria, el calor, el transport i l'agricultura, que sovint es compleixen mitjançant fonts no renovables (carboni, petroli, gas). Tanmateix, aquestes causen dany ambiental, estan distribuïdes de manera desigual i tenen volatilitat de preus degut a reserves limitades, fent augmentar la demanda d'energia renovable.
L'energia solar, abundant i capaç de satisfer les necessitats globals, destaca. Els sistemes fotovoltaics autònoms (Figura 1) ofereixen independència energètica dels serveis públics. A continuació, es presenta un resum de la seva planificació, disseny i instal·lació per a la generació d'electricitat.
Planificació d'un sistema fotovoltaic autònom
Avaluació i enquesta del lloc:
Minimització de l'ombra: Assegureu-vos que el lloc d'instal·lació (teulada o terra) estigui lliure d'estructures ombradores i que no hi hagi construccions futures que bloquegin la radiació solar.
Àrea de superfície: Determineu l'àrea del lloc per estimar el nombre/mida de panells fotovoltaics, i planifiqueu la disposició per a inversors, convertidors i bancs de bateries.
Consideracions de teulada: Per a teulades inclinades, noteu l'angle d'inclinació i utilitzeu suports adequats per maximitzar la incidència solar (ideament perpendicular als panells).
Rutes de cables: Planifiqueu les rutes dels cables (que connecten l'inversor, el banc de bateries, el controlador de càrrega i l'arranjament de PV) per minimitzar l'ús de cables i la caiguda de tensió, equilibrant eficiència i cost.
Avaluació de recursos d'energia solar:
Dades d'insolació: Mesureu o obteniu (des d'estacions meteorològiques) l'energia solar rebuda, utilitzant kilovatios-hora per metre quadrat per dia (kWh/m²/dia) o Hores de Sol Pícniques (HSP, hores amb irradiància mitjana de 1000 W/m²).
Mètrica clau: Utilitzeu HSP per a càlculs simplificats (distingeix de "hores mitjanes de sol," que reflecteixen la durada més aviat que l'energia). Adopteu la menor insolació mitjana mensual per assegurar la fiabilitat del sistema durant períodes de baixa insolació.
Consideracions per a sistemes fotovoltaics autònoms
1. Càlcul de la demanda d'energia
La mida del sistema depèn de la demanda de càrrega, calculada com:
Demanda d'energia diària (Wh) = Suma de (potència del aparell en watts × hores de funcionament diàries).
Utilitzeu la major demanda diària per equilibrar la fiabilitat i el cost (assegura el funcionament durant els períodes d'ús màxim, encara que això incrementa el cost del sistema).
2. Mida de l'inversor i el controlador de càrrega
Inversor: Classificat un 25% més alt que la càrrega total (per comptar pèrdues).
Exemple: Per a una càrrega de 2400W, cal un inversor de 3000W (2400W × 1.25).
Controlador de càrrega: Classificació de corrent = 125% de la corrent de curt-circuit del panell fotovoltaic (factor de seguretat).
Exemple: 4 panells amb 10A de corrent de curt-circuit requereixen un controlador de 50A (4×10A ×1.25).
Nota: Els controladors MPPT segueixen les especificacions del fabricant.
3. Energia diària a l'inversor
Compte per a l'eficiència de l'inversor (p. ex., 90%):
4. Tensió del sistema
Determinada per la tensió de la bateria (típicament 12V, 24V, etc.), amb tensions més altes que reduïxen la pèrdua de cable. Exemple: sistema de 24V.
5. Mida de la bateria
Paràmetres clau: profunditat de descàrrega (DOD), dies d'autonomia i tensió del sistema.
Capacitat útil = Ah de la bateria × DOD.
Capacitat de càrrega requerida = Energia de la bateria / tensió del sistema.
Exemple: 3000Wh de la bateria en un sistema de 24V → 125Ah requerits.
Per a bateries de 12V, 100Ah (70% DOD):
Així, en total hi haurà quatre bateries de 12 V, 100 Ah. Dos connectats en sèrie i dos connectats en paral·lel. També, la capacitat requerida de les bateries es pot trobar mitjançant la fórmula següent.
Mida de l'arranjament de PV
Capacitat total de l'arranjament de PV (W): Calculada utilitzant les menors hores de sol pícniques diàries (o Factor de Generació del Panell, FGP) i la demanda d'energia diària:
Wₚₑₐₖ total = (Demanda d'energia diària (Wh) / FGP) × 1.25 (factor d'escala per a pèrdues).
Nombre de mòduls: Dividiu el Wₚₑₐₖ total pel potència nominal d'un únic panell (p. ex., 160W).
Exemple: Per a una demanda diària de 3000Wh i FGP = 3.2, Wₚₑₐₖ total = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Amb panells de 160W, es necessiten 6 mòduls (931 / 160 ≈ 5.8, arrodonit cap amunt).
Factors de pèrdua (per ajustar el FGP): Inclou l'angle de llum solar (5%), punt de màxima potència no assolit (10%, exclòs per MPPT), pols (5%), envejeciment (10%) i temperatura alta (>25°C, 15%).
Mida dels cables
Consideracions clau: Capacitat de corrent, caiguda de tensió mínima (<2%), pèrdues resistives, resistència a la meteorologia (aigua/UV prova).
Fórmula de la secció transversal:
A = (ρ × Iₘ × L / VD) × 2
(ρ = resistivitat, Iₘ = corrent màxima, L = longitud del cable, VD = caiguda de tensió permisible).
Equilibri: Eviteu la submida (pèrdua d'energia/accidents) o la sobremida (ineficiència de cost). Utilitzeu interrumptors de circuit i connectors adequats.
