Deseño e instalación de sistemas fotovoltaicos solares
A sociedade moderna depende da enerxía para necesidades diarias como a industria, o aquecemento, o transporte e a agricultura, maioritariamente cubertas por fuentes non renovábeis (carón, petróleo, gas). No entanto, estas causan danos ambientais, están distribuídas de forma desigual e enfrentan volatilidade de prezos debido a reservas limitadas, lo que impulsa a demanda de enerxía renovable.
A enerxía solar, abundante e capaz de satisfacer as necesidades globais, destaca. Os sistemas fotovoltaicos autónomos (Fig 1) ofrecen independencia enerxética das empresas de servizos públicos. A continuación, presenta unha visión xeral do seu planeamento, deseño e instalación para a xeración de electricidade.
Planeamento dun sistema fotovoltaico autónomo
Valoración e levantamento do lugar:
Minimización da sombra: Assegúrese de que o lugar de instalación (teito ou terreo) está libre de estruturas que proxequen e de que non hai construcións futuras que bloquearán a radiación solar.
Área de superficie: Determine a área do lugar para estimar o número/tamaño dos paneis fotovoltaicos, e planifique a colocación dos inversores, conversores e baterías.
Consideracións do teito: Para techos inclinados, anote o ángulo de inclinación e use montaxes adecuados para maximizar a incidencia solar (idealmente perpendicular aos paneis).
Ruteo de cabos: Planeie rutas para os cabos (que conectan o inversor, a batería, o controlador de carga e a matriz fotovoltaica) para minimizar o uso de cabos e a caída de tensión, equilibrando eficiencia e custo.
Avaliación do recurso de enerxía solar:
Datos de insolación: Medir ou obter (de estacións meteorolóxicas) a enerxía solar recibida, usando quilovatios-hora por metro cadrado por día (kWh/m²/día) ou horas de sol pico diárias (PSH, horas con irradiación media de 1000 W/m²).
Métrica clave: Use PSH para cálculos simplificados (distinguir de "horas de sol media", que refleixan duración en vez de enerxía). Adopte a menor insolação mensual media para garantir a fiabilidade do sistema durante períodos de baixo sol.
Consideracións para sistemas fotovoltaicos autónomos
1. Cálculo da demanda de enerxía
O tamaño do sistema depende da demanda de carga, calculada como:
Demanda de enerxía diaria (Wh) = Suma de (potencia nominal do electrodoméstico en vatios × horas de funcionamento diario).
Use a máxima demanda diaria para equilibrar a fiabilidade e o custo (asegura a operación durante o uso máximo, aínda que isto aumenta o custo do sistema).
2. Tamañado do inversor e controlador de carga
Inversor: Calificado 25% superior ao total da carga (para ter en conta as perdas).
Exemplo: Para una carga de 2400W, é necesario un inversor de 3000W (2400W × 1.25).
Controlador de carga: Corrente nominal = 125% da corrente de circuito cortocircuito do panel fotovoltaico (factor de seguridade).
Exemplo: 4 paneis con 10A de corrente de circuito cortocircuito requiren un controlador de 50A (4×10A ×1.25).
Nota: Os controladores MPPT siguen as especificacións do fabricante.
3. Enerxía diaria ao inversor
Ten en conta a eficiencia do inversor (por exemplo, 90%):
4. Voltaaxe do sistema
Determinada pola voltaaxe da batería (típicamente 12V, 24V, etc.), con voltaxes máis altos reducindo a perda de cabo. Exemplo: sistema de 24V.
5. Tamañado da batería
Parámetros clave: profundidade de descarga (DOD), días de autonomía e voltaixe do sistema.
Capacidade útil = Ah da batería × DOD.
Capacidade de carga necesaria = Enerxía da batería / voltaixe do sistema.
Exemplo: 3000Wh da batería nun sistema de 24V → 125Ah necesarios.
Para baterías de 12V, 100Ah (70% DOD):
Así, no total habrá catro baterías de 12 V, 100 Ah. Dúas conectadas en serie e dúas en paralelo. Ademais, a capacidade necesaria das baterías pode atoparse coa seguinte fórmula.
Tamañado da matriz fotovoltaica
Capacidade total da matriz fotovoltaica (W): Calculada usando as horas de sol pico diárias máis baixas (ou Factor de Xeración do Panel, PFG) e a demanda de enerxía diaria:
Total Wₚₑₐₖ = (Demanda de enerxía diaria (Wh) / PFG) × 1.25 (factor de escala para perdas).
Número de módulos: Divida o total Wₚₑₐₖ polo poder nominal dun único panel (por exemplo, 160W).
Exemplo: Para unha demanda diaria de 3000Wh e PFG = 3.2, total Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Con paneis de 160W, son necesarios 6 módulos (931 / 160 ≈ 5.8, redondeado arriba).
Factores de perda (para axustar o PFG): Inclúen o ángulo de luz solar (5%), punto de potencia máx non atendido (10%, excluído para MPPT), suxidade (5%), envellecemento (10%) e alta temperatura (>25°C, 15%).
Tamañado dos cabos
Consideracións clave: Capacidade de corrente, mínima caída de tensión (<2%), perdas resistivas, resistencia ao tempo (água/UV resistente).
Fórmula de área seccional:
A = (ρ × Iₘ × L / VD) × 2
(ρ = resistividade, Iₘ = corrente máxima, L = lonxitude do cable, VD = caída de tensión permitida).
Equilibrio: Evite subdimensionar (pérdida de enerxía/acidentes) ou sobredimensionar (ineficiencia de custo). Use interruptores de circuito e conectores adecuados.
