V2 Modulo_fv_ongrid_elemental_energy_2018.pdf

DIPLOMADO EN ENERGÍAS RENOVABLES Y EFICIENCIA ENERGÉTICA

DISEÑO DE INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS ON-GRID

Canales de actualización tecnológica Suscríbete YouTube AgroEnergiaSostenible Facebook Elemental Energy

RELATOR

GERARDO ARANCIBIA ING. DR. MÁSTER ENERGÍAS RENOVABLES Y EFICIENCIA ENERGÉTICA.

-

Ingeniero Universidad Santa María de Chile.

-

Master en Energías Renovables y Eficiencia Energética, Universidad de Zaragoza.

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Doctorado Desalación y Energías Renovables, Universidad de La Laguna, Islas Canarias.

Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica de Chile (CONICYT).

Proyectos nacionales I+D+i : • • • • •

• • •

Banco Interamericano de Desarrollo Fundación para el Desarrollo Frutícola Fundación Chile Universidad Santa María Ministerio de Agricultura Procobre International Copper Association Ministerio de Energía CAMCHAL, Cámara Chileno-Alemana de Comercio e Industria

Entre otras entidades, como a nivel internacional Alemania y España.

en

CEO de ELEMENTAL ENERGY dirigida a la Gestión innovadora de recursos energéticos renovables Consultor, vinculado al desarrollo de proyectos aplicados a iniciativas de Eficiencia Energética y Energías Renovables dirigidos a la Agroindustria.

www.elementalenergy.cl

QUE VAS A APRENDER

EN ESTE MODULO

-Descripción de los componentes que integran un sistema de solar fotovoltaico de pequeña y mediana potencia conectado de la red. -Estimación de demanda energética y cálculo de potencia fotovoltaica. -Capacitación en uso de software de última generación para estimación de potencial solar. -Diseño y dimensionamiento de sistemas fotovoltaico conectados la red. -Criterios y factores claves en la elección de componentes. -Configuración y conexión del sistema fotovoltaico .

-Procedimiento de conexión a la red de distribución, mediante la Ley 20.571, de Generación Distribuida

COMPONENTES QUE INTEGRAN UN SISTEMA DE SOLAR DE PEQUEÑA Y MEDIANA POTENCIA CONECTADO DE LA RED. Instalación fotovoltaica On-Grid o conectada a Red Es aquella que está conectada directamente con nuestra red eléctrica local. Durante las horas de luz solar del día el usuario consume la energía eléctrica producida por su propia instalación, mientras que cuando no hay luz solar o ésta no es suficiente, el sistema toma energía de la red. El sistema no almacena electricidad debido a que no hay baterías para contener la energía. Para este tipo de instalación es indispensable tener acceso a la red eléctrica, por lo que no funcionan cuando no esta presente la electricidad de la red o en zonas aisladas.

DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES QUE INTEGRAN UN SISTEMA DE SOLAR DE PEQUEÑA Y MEDIANA POTENCIA CONECTADO DE LA RED.

Generador Solar : Esta compuesto por módulos fotovoltaicos diseñados para su conexión a la red, conectados eléctricamente entre si. Existen 2 tipos de tecnología en la construcción de módulos, los monocristalinos y los policristalinos.

Inversor On-grid : Encargado de convertir la energía que entregan los paneles solares (Voltaje DC) en energía útil para alimentar los electrodomésticos y equipos eléctricos (Voltaje AC).

Tablero de seguridad eléctrico: tablero general o de distribución, con un interruptor magnetotérmico (Bipolar para instalaciones monofásicas y tetrapolar para instalaciones trifásicas) y un protector diferencial (menor a 10 kW de 30 mA y para iguales o mayores a 10 kW no debe ser mayor a 300 mA)

Contador o Medidor Bidireccional: Por donde pasan y registran, el excedente de energía fotovoltaica inyectada a la red y el consumo eléctrico de la red

Fiabilidad y confianza de un sistema fotovoltaico conectado a la red

En módulos fotovoltaicos existe una gran variedad de marcas con presencia nacional siendo las marcas Canadian Solar, Jinko Solar y Astroenergy los con mayor presencia entre los proveedores de equipos, equivalentes al 12, 6 y 6% respectivamente.

Existe una gran variedad de marcas de inversores on-grid utilizados por proveedores nacionales, predominando la marca SMA, Fronius y ABB, con un 28%, 15% y 8% respectivamente.

IMPORTANTE Todos los elementos que integran un sistema fotovoltaico Ongrid deben contar con la certificación de la Superintendencia de Electricidad y Combustibles, SEC. En este link encontraras los componentes autorizados por SEC

Link a NORMATIVA TECNICA E INSTRUCTIVOS DE LA LEY N° 20.571; REGULA EL PAGO DE LAS TARIFAS ELÉCTRICAS DE LAS GENERADORAS RESIDENCIALES.

Instrucción técnica: RGR N° 02/2014 Define requisitos de diseño y ejecución de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red

GESTION ENERGETICA DE UN SISTEMA DE SOLAR DE PEQUEÑA Y MEDIANA POTENCIA CONECTADO DE LA RED.

SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED Gestión energética diaria del sistema

SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED Gestión energética diaria del sistema Autoconsumo de energía fotovoltaica e inyección de exedentes

SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED Gestión energética diaria del sistema Inyección de excedentes energéticos

SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED Gestión energética diaria del sistema Consumo energético de red

GESTION ENERGETICA CASA

Inyección a red Consumo de red

Autoconsumo

GENERACION FOTOVOLTAICA SE AUTOCONSUME EN UN 40- 50%

AUTOCONSUMO E INYECCIÓN A RED

Ley 20571 (Ley de Generación Distribuida) permite inyectar a la red eléctrica el exceso de energía producido por un sistema fotovoltaico on-grid. Cuando la demanda sea superior a la producción del sistema de autoconsumo, el consumidor podrá utilizar energía de la red eléctrica . Pasado un determinado periodo de tiempo (1 año), se hace balance entre la energía vertida y consumida, y se paga la diferencia dependiendo de ese balance.

AUTOCONSUMO CON NET METERING

Energía

1 kWh fotovoltaico = 1 kWh de la red El exceso de energía se puede contabilizar de dos maneras: Net Metering o forma energética: El exceso de energía crea un saldo positivo que puede ser recuperado por el consumidor en otro momento. Este tipo de balance neto es conocido como balance neto puro.

AUTOCONSUMO CON NET BILLING (CHILE)

$

$1 kWh fotovoltaico ≠ $ 1 kWh de la red Net Billing o manera económica. El exceso de energía se paga a una tarifa concreta. Mensual o anualmente se hace un balance económico entre la energía exportada o importada de la red, y el consumidor paga o recibe dinero en función de ese balance. Debido al auge de las pequeñas instalaciones de energías renovables y a los beneficios que conlleva este tipo de autoconsumo, el balance neto ha sido regulado en Chile por la Ley 20571 link

NUEVO MODELO ENERGÉTICO

El Tesla Home battery acumula la energía del pick solar que en un sistema on-grid es inyectado a la red, consumiendo la mínima energía necesaria de la red, produciendo un ahorro total la mayor parte del tiempo.

Un contador de energía se encarga de gestionar los consumos de la vivienda mediante 2 fuentes, la fotovoltaica directa (autoconsumo) y la acumulada en las baterías. La energía de la red queda como fuente auxiliar y para inyectar excedentes (*).

El valor del kWh de la red es: $138,76 tarifa domiciliaria BT1. (Chilectra 2017) 2016-2017 kWh comprado

20%

Link TARIFAS DE SUMINISTRO ELÉCTRICO PARA USUARIOS RESIDENCIALES SUJETOS A REGULACIÓN DE PRECIOS

El valor del kWh de la red actualmente es el doble del kWh fotovoltaico. Conviene Autoconsumo mas que inyectar a red.

Gestión energética y facturación según ley n° 20.571 que regula el pago de las tarifas eléctricas de las generadoras residenciales. BT 1 (Domiciliaria) Cobro por energía [kWh] Consumo anual de energía : 1500 [kWh] (Criterio de dimensionamiento planta FV) Autoconsumo: 600[kWh] (de la planta FV) (valorizados al kWh red $138,76 ) Consumidos de la Red: 900[kWh] (valorizados al kWh red $138,76 ) Si mi planta FV inyecta hasta 900[kWh] anual serán valorizados a 64,7 [$/kWh], si inyecto mas energía será valorizada a 64,7 [$/kWh] que pueden ser traspasados a otro empalme con el mismo Rut. Y si no???

http://www.cgedistribucion.cl/informacion-comercial/tarifas-y-procesos-tarifarios/

- Valorización del kWh electricidad local BT 1 Domiciliaria

- Consumo Anual

GESTION ENERGETICA INDUSTRIA Y RETAIL (TALLERES, OFICINAS, FABRICAS, ETC.))

Inyección a red

Consumo de red Autoconsumo

GENERACION FOTOVOLTAICA SE AUTOCONSUME EN UN 70 - 80%

El valor del kWh de la red es: $ 61,3394 tarifa Industrial BT (2, 3 y 4) y AT (2, 3 y 4) (Chilectra 2017) 2016-2017 kWh comprado

22%

El valor del kWh de la red actualmente es muy cercano al kWh fotovoltaico

Extracto CGE Distribución Tarifas de Suministro Eléctrico – 1 de diciembre de 2017

EJEMPLO DE DETALLE FACTURA ELECTRICA CLIENTE AT 4.3 CON PLANTA FV DE 50 [kW] (CGE DISTRIBUCION)

CRITERIOS PARA EL DISEÑO EFICIENTE DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A LA RED (ON-GRID)

1. LA ENERGÍA MÁS ECONÓMICA, EFICIENTE Y LIMPIA ES AQUELLA QUE SE AHORRA

No tiene ningún sentido satisfacer un consumo energético excesivo para después darse cuenta que sale más barato reducirlo aplicando medidas de eficiencia energética.

Criterio 1: PRIMERO APLICAR EFICIENCIA ENERGETICA Y DESPUÉS RENOVABLES.

¿Sabes como podríamos ahorrar hasta un 23,2% en el consumo de energía de tu vivienda ?

MEDIDAS PARA AHORRAR ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL HOGAR 1. Apaga las luces que no utilizas. 2. Si es posible, usa lámparas LED. Consumen la décima parte de una lámpara incandescente y duran hasta 500 veces más. 3. Apaga la computadora por la noche, no la dejes encendida ni hibernando. 4. No dejes tu celular cargando toda la noche. Con solo algunas horas es suficiente. 5. Si tienes aire acondicionado coloca el termostato en 24 grados. Por cada grado que disminuyas la temperatura, estarás consumiendo entre un 5% y un 8% más de energía. 6. Desenchufa los artefactos que no estés usando. El 8% de la electricidad de tu hogar es consumida por aparatos en stand by. Esto es lo que se conoce como consumo vampiro. Para evitar el desgaste de los tomas puedes utilizar una zapatilla con interruptor.

MEDIDAS PARA AHORRAR ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL HOGAR 7. Compra electrodomésticos con etiqueta de eficiencia energética clase A.

8. Evita el uso del secarropas. Seca la ropa al sol. 9.Imprime solo lo indispensable. Una impresora láser es uno de los artefactos de mayor consumo de la casa.

10.Abre el refrigerador lo menos posible, regula el termostato a una temperatura intermedia y distribuye los alimentos de manera homogénea. 11. Descongela los alimentos con anticipación, pasándolos del freezer a la heladera. De esta manera ahorrás energía ya que los mismos aportan frío al resto de los alimentos demorando el arranque del motor. 12. Calienta solo la cantidad de agua que vas a utilizar. 13. Bajando el brillo de la pantalla del televisor reduces el consumo entre un 30% y 50%.

2. EL TAMAÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO DEBE ESTAR OPTIMIZADO PARA GENERAR ANUALMENTE EL CONSUMO ENERGETICO OPTIMO. GENERACION FV = CONSUMO O DEMANDA ENERGETICA

El sistema fotovoltaico, se dimensionara considerando los parámetros óptimos del consumo energético (consumo de la casa, taller, escuela, hotel, riego, etc.) Para conservar un bajo consumo energético, se aplicaran los consejos para ahorrar energía eléctrica.

Criterio 2: EL SISTEMA FV DEBE ESTAR DIMENSIONADO PARA GENERAR ANUALMENTE EL CONSUMO ENERGETICO OPTIMO

3. CADA kWH FOTOVOLTAICO AUTOCONSUMIDO TIENE UN VALOR IGUAL AL kWH QUE DEJAMOS DE COMPRAR A LA COMPAÑÍA ELÉCTRICA Y CADA kWH QUE SOBRA Y SE INYECTA A LA RED VALE LA MITAL DEL PRECIO DE COMPRA.

Si conseguimos autoconsumir el 100% de la energía que producimos, demoraremos menos años en amortizar la compra del sistema solar FV. En cambio si sólo consumimos parte de esta e inyectamos el resto como excedente, demoraremos mas años en recuperar la inversión.

Criterio 3:

AUTOCONSUMIR EL MAXIMO DE LA ENERGIA QUE GENERAMOS E INTENTAR INYECTAR A LA RED LA MENOR ENERGÍA POSIBLE

GESTION ENERGETICA CASA

Inyección a red Consumo de red

Autoconsumo

GENERACION FOTOVOLTAICA SE AUTOCONSUME EN UN 40- 50%

AUTOCONSUMO FOTOVOLTAICO: APROVECHAR TODA LA PRODUCCIÓN LA ENERGÍA HA DE CONSUMIRSE EN EL INSTANTE EN QUE SE GENERA ADAPTANDO LOS HÁBITOS DE CONSUMO ELECTRICO A LAS HORAS DE MAXIMA PRODUCCION SOLAR

PODEMOS AUTOCONSUMIR EL 80%

Entre las 10 y 15 horas del día solar, el generador fotovoltaico produce casi el 80% de la energía eléctrica diaria.

CONSUMIR ENERGIA EN HORAS DE MÁXIMA PRODUCCIÓN SOLAR LA CLAVE ES : LA GESTIÓN DE LOS CONSUMOS ELÉCTRICOS, CONTROLANDO EL ENCENDIDO DE EQUIPOS Y ELECTRODOMÉSTICOS COMO LAVADORA, PLANCHA, MICROONDAS, IMPRESORAS, COMPUTADORAS, ETC. EN HORAS DE MÁXIMA PRODUCCIÓN SOLAR.

PODEMOS AUTOCONSUMIR EL 80%

ETAPAS DE DISEÑO ON GRID

-Análisis de la demanda anual de energía y consumo eléctrico del usuario.

-Definir la energía de autoconsumo. -Analizar el emplazamiento de la instalación: energía solar, sombras, superficie disponible y la inclinación y orientación del arreglo FV. -Definir las tecnologías FV: características eléctricas y técnicas del módulo FV. -Definir el inversor.

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO Caso practico on-grid: Para el siguiente cliente interesado en instalar un sistema on-grid, determinar : a) Ubicación preliminar de componentes b) Dimensionar y seleccionar los componentes del generador fotovoltaico. (Módulos fotovoltaicos e inversor)

Antecedentes Iniciales: - Ubicación Casa: Calle Lo Orozco, Quilpué, Viña del Mar - Orientación Casa: Noroeste 30°(App Sun Locator Lite p.e) - Inclinación de techumbre: 25° (App Clinometer p.e) - No se aprecian sombras cercanas

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO

Costo anual de energía $ 150.503 La facturas mensuales nos permiten realizar un perfil de consumo de energía eléctrica durante el año, lo que sirve para determinar la demanda anual de energía eléctrica, en qué meses se consume más y en cuales menos energía. También se utiliza para calcular promedios anuales.

Antecedentes Iniciales: - Para estimar el consumo anual de energía eléctrica, se le solicita al cliente una imagen de su Factura eléctrica actual

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO CONSIDERACIONES PREVIAS AL DISEÑO 1. Estimar si es el mejor método de abastecimiento de energía renovables frente a otros (generación on-grid eólica) 2. Verificar si tenemos espacio con buenas características para instalar el sistema : - Definición preliminar de la ubicación de los equipos que forman la instalación - Superficie disponible en relación al tamaño del generador fotovoltaico (N° de módulos)

- Sin sombras - Accesibilidad al lugar para instalación y mantención del sistema - Condiciones de la techumbre para soportar el peso de los módulos

DEFINICIÓN PRELIMINAR DE LA UBICACIÓN DE LOS EQUIPOS QUE FORMAN LA INSTALACION

-

Estructuras que soportan los paneles solares

-

Inversor

-

Paneles solares (orientación e inclinación)

-

Necesidad de realizar otras obras o modificaciones para la instalación de equipos

Link a NORMATIVA TECNICA E INSTRUCTIVOS DE LA LEY N° 20.571; REGULA EL PAGO DE LAS TARIFAS ELÉCTRICAS DE LAS GENERADORAS RESIDENCIALES.

Instrucción técnica: RGR N° 02/2014 Define requisitos de diseño y ejecución de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red

ESTRUCTURAS FIJAS SOBRE TECHO CASA

ESTRUCTURAS REGULABLES SOBRE TECHO CASA PARA MEJORAR ORIENTACION E INCLINACION

ESTRUCTURAS SOBRE TECHO TALLER

ESTRUCTURAS ESTACIONAMIENTO COCHE

ESTRUCTURAS SOBRE NAVE INDUSTRIAL

ESTRUCTURAS SOBRE SUELO

ESTRUCTURAS SOBRE SUELO

SEGURIDAD ELECTRICA PARTE DC/AC PLANTA FOTOVOLOTAICA ON-GRID

TIERRA DE MODULOS FOTOVOLTAICOS

MARCO MODULO ALUMINIO CON MARCA

INVERSOR DEBE UBICARSE PROTEGIDO DE LA LUZ SOLAR DIRECTA Y LO MAS PRÓXIMO AL GENERADOR FOTOVOLTAICO PARA EVITAR PERDIDAS DE ENERGÍA POR LOS CABLES DC

LOS INVERSOR DEBEN CONTAR CON CLASE DE PROTECCION IP65, ADECUADO PARA INSTALACIONES INTERIORES Y EXTERIORES

INVERSOR MULTISTRING (Sobre 1 [kWp] Actualmente los mas utilizados)

TABLERO DE SEGURIDAD ELÉCTRICO DEBE ESTAR COMPUESTO POR INTERRUPTOR MAGNETOTÉRMICO. (BIPOLAR PARA INSTALACIONES MONOFÁSICAS Y TETRAPOLAR PARA INSTALACIONES TRIFÁSICAS) Y UN PROTECTOR DIFERENCIAL (TIPO A O B, MENOR A 10 KW DE 30 mA Y PARA IGUALES O MAYORES A 10 KW NO DEBE SER MAYOR A 300 mA)

Link a Instrucción técnica: RGR N° 02/2014 DISEÑO Y EJECUCIÓN DE LAS INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A RED. Define requisitos de diseño y ejecución de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red

¿Cuál es la diferencia entre el interruptor magnetotérmico (1) y el protector diferencial (2) AC? El termomagnético resguardar la seguridad eléctrica de la instalación y equipos que forman parte de la planta (p.e un cable suelto que genere un cortocircuito). Un proyector diferenciar resguardar la seguridad eléctrica de las personas que interactúan con ella (p.e. si una persona toma contacto con algún cable energizado)

2 1 2 1

PROTECCIONES DE CORRIENTE ALTERNA LAS PROTECCIONES EN CORRIENTE ALTERNA, FUNDAMENTALMENTE DIFERENCIALES Y MAGNETOTÉRMICOS, SON VITALES PARA ASEGURAR LA EFICIENCIA DE NUESTRA INSTALACIÓN Y PARA PROTEGER A LAS PERSONAS DE POSIBLES ACCIDENTES.

BARRAS TETRAPOLARES DONDE SE UNE LA PLANTA FOTOVOLOTAICA, LA RED ELECTRICA LOCAL Y LA RED INTERNA DE LA CASA O INDUSTRIA

MICRO INVERSORES (HASTA 1 kWp)

Diferencia entre el interruptor magnetotérmico (1) y el protector diferencial (2)

INVERSORES CENTRALES CAJA CONBINADORA DE STRINGS (PARALELO) STRING 1

STRING 2

CADA STRING TIENE PROTECCIONES ELÉCTRICAS PARA CORRIENTE CONTINUA

PROTECCIONES DE CORRIENTE CONTINUA

Las protecciones de corriente continua, fusibles, descargadores de sobre tensión, magnetotérmicos, etc., son fundamentales para la correcta instalación del los sistemas de inversores centrales. Su ausencia en una instalación solar puede causar accidentes, en el peor de los casos, y rotura de algunos de los equipos como reguladores solares o inversores. Es importante para elegir las protecciones adecuadas contar con el asesoramiento de un especialista en energía solar.

La revisión de las protecciones y de su correcto funcionamiento también debe ser una tarea periódica tanto para instaladores como para los usuarios.

MAGNETOTÉRMICOS DE CORRIENTE CONTINUA Un magnetotérmico de continua es un sistema de protección que es capaz de detener el paso de corriente cuando la misma sobrepasa el rango de corte del mismo magneto. En las instalaciones solares van puestos entre las placas solares y el regulador o el inversor de red y en el caso de que haya baterías entre el regulador y las baterías.

FUSIBLES DE CORRIENTE CONTINUA El fusible es un elemento de corte para la protección de las instalaciones eléctricas, consta de una base (cilíndrica normalmente) donde va unido un filamento con un bajo punto de fusión que cuando viene una subida grande de tensión por cortocircuito o por sobrecarga, se separa el filamento impidiendo el paso de corriente a la instalación y su posterior deterioro. Es muy importante que el rango de voltaje esté en el rango de voltaje de la instalación solar. En instalaciones aisladas los string que utilizan MPPT suelen trabajar a 1000 volt pueden poner fusibles de 15 [A]. El fusible suele ir dentro de una base porta-fusible de las mismas características. En las instalaciones solares los fusibles van puestos entre las placas solares y el regulador o el inversor de red y en el caso de que haya baterías entre el regulador y las baterías.

DESCARGADORES DE SOBRETENSIÓN Los descargadores de sobretensión son dispositivos que protegen la instalación de picos de tensión disipando o mandando a la toma de tierra la tensión sobrante que quiere pasar al circuito. En instalaciones solares evita sobretensiones que llegan desde los paneles solares y evita roturas de los inversores, reguladores y demás componentes eléctricos, un ejemplo claro de sobre tensión es cuando hay una tormenta eléctrica.

Orientation de los módulos fotovoltaicos La mejor orientación para los módulos FV es el norte geográfico (Azimut 0°). Sin embargo, las desviaciones, incluso hasta ±45º, respecto del norte geográfico no afectan significativamente el rendimiento de la instalación.

Orientation de los módulos fotovoltaicos

Inclinación de los módulos fotovoltaicos. La inclinación en grados mas adecuada para los módulos fotovoltaicos on-grid se da restando 10° a la latitud de proyecto, admitiendo desviaciones de hasta ±15º. Esto nos permitirá utilizar la misma inclinación del techo. ON-GRID: la latitud geográfica -10º.

NO ESTAN PERMITIDAS LAS SOMBRAS SOBRE LOS MODULOS SOLARES

SOMBRAS DE ARBOLES O POSTES CERCANOS

SOMBRAS ENTRE FILAS DE MODULOS

NO ESTAN PERMITIDAS LAS SOMBRAS SOBRE LOS MODULOS SOLARES SOMBRAS DE ARBOLES O POSTES CERCANOS

SOMBRAS DE CHIMENEAS SUCIEDAD SUPERFICIAL

EXCREMENTO DE PÁJAROS

POLVO ATMOSFERICO

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO Caso practico on-grid: Para el siguiente cliente interesado en instalar un sistema on-grid, determinar : a) Ubicación preliminar de componentes b) Dimensionar y seleccionar los componentes del generador fotovoltaico. (Módulos fotovoltaicos e inversor)

Antecedentes Iniciales: - Ubicación Casa: Calle Lo Orozco, Quilpué, Viña del Mar - Orientación Casa: Noroeste 30°(App Sun Locator Lite p.e) - Inclinación de techumbre: 25° (App Clinometer p.e) - No se aprecian sombras cercanas

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO UBICACIÓN PRELIMINAR DE LOS COMPONENTES 30°

La casa tiene una ORIENTACION Noroeste de 30°, sin sombras cercanas. La orientación optima es la norte geográfico con una desviación máxima permitida es de ±45°

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO UBICACIÓN PRELIMINAR DE LOS COMPONENTES

Calculo inclinación módulos fotovoltaicos proyecto: Angulo inclinación: Latitud Quilpué - 10º = 33° - 10 = 23º (±15º)

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO UBICACIÓN PRELIMINAR DE LOS COMPONENTES

25°

La casa tiene una INCLINACION en su techo de 25°, sin sombras cercanas. SE MONTARAN LOS MÓDULOS DIRECTAMENTE SOBRE EL TECHO

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO UBICACIÓN PRELIMINAR DE LOS COMPONENTES

ESTRUCTURA FIJA SOBRE TECHO CASA

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO UBICACIÓN PRELIMINAR DE LOS COMPONENTES

INVERSOR Y TABLERO DE SEGURIDAD SE UBICO PROTEGIDO DE LA LUZ SOLAR DIRECTA Y LO MAS PRÓXIMO AL GENERADOR FOTOVOLTAICO

FORMULA PARA EL CALCULO DE LA RADIACIÓN SOLAR

ESTIMACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE UN GENERADOR FOTOVOLTAICO

¿Que es un kW y un kWh? Un Watt [W] es una medida de potencia, por ejemplo, una lámpara led tiene una potencia de 15 [W]

1000 [W] = 1 [kW]

15 [W]

Un kilowatt hora [kWh] es una medida de consumo de energía eléctrica y se define como la potencia utilizada durante una hora Una lámpara de 15 [W] si esta encendida 50 horas al mes ¿cuanta energía eléctrica consume al mes?

Respuesta : 15 [W] x 50 [h] = 750 [Wh] o al dividirlo por 1000 lo transformo en kWh y serán 0,75 [kWh]

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO DETERMINACIÓN DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO

Para determinar generador fotovoltaico (módulos e inversor) indicados para el proyecto, necesitamos conocer dos antecedentes: 1. Consumo eléctrico anual del cliente que lo obtendremos de su factura eléctrica mensual.

2. La producción eléctrica anual de un generador fotovoltaico de 1 [kW] en el lugar del proyecto. Este antecedente lo obtendremos del Explorador solar del Ministerio de Energía.

1. Consumo eléctrico anual del cliente que lo obtendremos de su factura eléctrica mensual Consumo Mensual [kWh] Ene

104

Feb

118

Mar

110

Abr

106

May

102

Jun

87

Jul

96

Ago

92

Sep

103

Oct

99

Nov

109

Dic

104 1230 Consumo electrico anual

Lo ideal es conseguir el consumo anual de los últimos 3 años y con estos antecedentes calcular el Consumo eléctrico anual promedio

2. La producción eléctrica anual de un generador fotovoltaico de 1 [kW] en el lugar del proyecto. Este antecedente lo obtendremos del Explorador solar del Ministerio de Energía.

2. La producción eléctrica anual de un generador fotovoltaico de 1 [kW] en el lugar del proyecto. Este antecedente lo obtendremos del Explorador solar del Ministerio de Energía.

FORMULAS PARA EL CALCULO N° DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO

1. Potencia arreglo FV = Consumo eléctrico anual (casa) [kWh] Producción eléctrica anual 1 [kW] [kWh] 2. N° de módulos fotovoltaicos = Potencia arreglo FV Potencia de un módulo

[kW] [kW]

SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO. SELECCION DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

1. Potencia del arreglo FV = Consumo eléctrico anual Producción eléctrica anual 1 [kW] = 1230 [kWh] = 0,825 [kW] 1490 [kWh]

SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO. SELECCION DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

2. N° de módulos fotovoltaicos = Potencia arreglo FV Potencia de un módulo

TECNOLOGÍAS DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS COMERCIALIZADAS ACTUALMENTE

Monocristalino eficiencia entre 15 - 17%, el mas caro de los 3. Policristalino eficiencia entre 10 - 12%, actualmente el mas utilizado. Silicio amorfo eficiencia entre 8- 10%, no pierde eficiencia de producción con el aumento de temperatura. Link módulos fotovoltaicos autorizados por SEC

FICHA TECNICA CARACTERISTICA DE FABRICA MODULOS FOTOVOLTAICOS

Rendimiento de un panel fotovoltaico es generalmente medido en condiciones standard de ensayo (Standard Test Conditions o STC): radiación de 1.000 W/m² (incidencia normal), distribución espectral AM 1.5 y temperatura de la célula a 25 ° C.

Link ficha técnica modulo solar JKM315P-72

Circuito Eléctrico

Circuito Hidráulico

Voltaje o tensión = Presión al interior de la cañería Amperes o corriente = Caudal (litros por minuto) Circuito abierto = Llave cerrada = Tensión en Circuito abierto de los módulos Máximo voltaje que nos entregaran los módulos Cortocircuito = Llave abierta= Corriente de cortocircuito Máximos amperes que nos entregaran los módulos

N° de módulos fotovoltaicos = Potencia generador FV Potencia de un módulo = 0,825 [kW] = 2,6 0,315 [kW]* Como el resultado es decimal se aproxima al entero superior en este caso de 2,6 a 3 módulos de 315 [W]. Si recalculamos el arreglo fotovoltaico nos da 945 [W] (3 módulos x 315 [W])

*El modulo fotovoltaico a utilizar tiene una potencia unitaria de 315 [W] que al transformarlo en kW (dividirlo por 1000) queda en 0,315 [kW].

MODULOS FOTOVOLOTAICOS CONEXIÓN EN SERIE

74,4 [V] 8,48 [A]

37,2 [V] 8,48 [A]

37,2 [V] 37,2V 8,48 [A]

SERIE : -Voltaje del circuito es la suma de los voltajes de cada elemento - Amperes del circuito es igual a los amperes de un elemento

MODULOS FOTOVOLOTAICOS CONEXIÓN EN PARALELO

V1

37,2 [V] 16,96 [A]

37,2 [V] 8,48 [A]

37,2 [V] 8,48 [A]

PARALELO : - Voltaje del circuito es igual al voltaje de un elemento - Amperes del circuito son igual a la suma de los amperes de cada elemento Conexión módulos serie y paralelo

CARACTERÍSTICAS ARREGLO FV Conexión en serie de 3 módulos Potencia Arreglo: 3 x 315 [W] = 945 [W] VMPPT= 3 x 37,2 = 111,6 [V] V Max = 3 x 46,2 = 138,6 [V] I Max = 9,01 [A]

SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO. SELECCIÓN DEL INVERSOR Sabiendo que generador fotovoltaico tiene una potencia total de 945 [W], se debe elegir un inversor on-grid que tenga como mínimo el 90% de la potencia del arreglo FV . 3. POTENCIA INVERSOR = POTENCIA ARREGLO FV x 0,9 [kW]

En este caso la potencia mínima del inversor será de 850 [W]. Con este valor, seleccionamos un inversor autorizado por la SEC con una potencia igual o superior a la calculada. Link inversores on-grid autorizados por SEC

TECNOLOGÍAS DE INVERSORES COMERCIALIZADOS ACTUALMENTE - INVERSORES CENTRALES - INVERSOR MULTICADENA , STRING O MULTISTRING - MICRO INVERSORES

INVERSORES CENTRALES CAJA CONBINADORA DE STRINGS (PARALELO) STRING 1

STRING 2

De gran potencia, eficiencia, simplicidad y bajo costo. Desventaja es el riesgo de conectar todos los strings (o la mayor parte de ellos) ya que si un modulo de estos falla, caerá la producción total del generador fotovoltaico (o una gran parte de ella).

INVERSORES CENTRALES

80%

80%

80%

80%

Caja de Conexión sirve para agrupar cada uno de los ramales de su generador fotovoltaico

80%

80%

Eficiencia global del generador 56%

Además las pérdidas por sombreado, orientación, problemas de paneles, etc... son difíciles de localizar. Esto podría subsanarse en gran medida con la inclusión de stringboxes que analicen los distintos strings

INVERSOR MULTISTRING (Actualmente los mas utilizados)

Por cada bloque de 2 o 4 string, cuentan con un seguidor del punto de máxima potencia (MPPT) que es independiente para cada bloque. En contrapartida, su precio es más elevado (en relación $/kW) pero en general poseen una productividad energética mas alta que un inversor central.

INVERSOR MULTISTRING

Estas entradas con MPPTs independientes, para la conexión de varios strings permiten el diseño de generadores FV cuyos strings no tengan la misma orientación o donde hay complicaciones de sombreado.

INVERSOR MULTISTRING MPPT 1 MPPT 2

MC4 TERMINALES DE CONEXIÓN ELECTRICA MODULOS – INVERSOR ARMADO MC4 FALLA APRETE MC4

SEGUIDORES DEL PUNTO DE MÁXIMA POTENCIA (MPPT)

MICRO INVERSORES

Son aplicados en sistemas de pequeña potencia, no superior a 1 [kWp]. La diferencia principal en comparación con sistemas solares con un inversor central, donde un inversor controla la producción de todos los paneles solares del sistema, es que en el caso de los micro-inversores se tiene un inversor por cada panel solar .

Cada panel tendrá su propio MPPT. Puede ser integrado en el propio marco del panel (dando lugar a los paneles AC). Sin embargo, tiene desventajas notables como son su baja eficacia y elevado costo. La vida útil de estos inversores suele ser inferior a la de los paneles a los que van adheridos, lo que causa que la vida intrínseca del conjunto panel-inversor se reduzca.

De esta forma se puede saber cuales son los paneles del sistema que más (o menos) energía producen en casos donde se tienen sombras u orientaciones diferentes. También se puede identificar de forma inmediata si un panel o microinversor está dañado o desconectado.

FICHA TECNICA CARACTERISTICA DE FABRICA INVERSOR ON-GRID

Link Ficha Técnica Omniksol-1k-TL2-M

FICHA TECNICA CARACTERISTICA DE FABRICA INVERSOR ON-GRID

Max potencia PV (1,25/0,9 = 1,4 [KWp]) Voltaje de entrada máximo Voltaje donde el sistema produce MPPT

Corriente máxima de entrada al inversor

Potencia de salida nominal Rangos de salida del voltaje en CA

Link Ficha Técnica Omniksol-1k-TL2-M

FICHA TECNICA CARACTERISTICA DE FABRICA INVERSOR ON-GRID Criterios para la selección de inversor on-grid

POTENCIA INVERSOR = POTENCIA ARREGLO FOTOVOLTAICO x 0,9

POTENCIA INVERSOR ≥ 850 [W]

CARACTERÍSTICAS ARREGLO FV Conexión en serie de 3 módulos Potencia Arreglo: 3 x 315 [W] = 945 [W]

FICHA TECNICA CARACTERISTICA DE FABRICA INVERSOR ON-GRID Criterios para la selección de inversor on-grid

El voltaje máximo del arreglo FV (voltaje en circuito abierto) no debe superar el voltaje máximo DC del inversor para no producir problemas eléctricos.

CARACTERÍSTICAS ARREGLO FV Conexión en serie de 3 módulos

V Max = 3 x 46,2 = 138,6 [V]

FICHA TECNICA CARACTERISTICA DE FABRICA INVERSOR ON-GRID Criterios para la selección de inversor on-grid

Verificar que el voltaje MPPT del arreglo FV, se encuentre dentro de los rango de trabajo de las tensiones del seguidor MPPT del inversor, para asegurar una mayor generación de electricidad mediante esa tecnología.

CARACTERÍSTICAS ARREGLO FV Conexión en serie de 3 módulos VMPPT= 3 x 37,2 = 111,6 [V]

FICHA TECNICA CARACTERISTICA DE FABRICA INVERSOR ON-GRID Criterios para la selección de inversor on-grid

La intensidad (Amperes) máxima del arreglo FV (corriente en corto circuito) no debe superar la corriente máxima de entrada del inversor, para no producir problemas eléctricos.

CARACTERÍSTICAS ARREGLO FV Conexión en serie de 3 módulos

I Max = 9,01 [A]

MEDIDOR BIDIRECCIONAL ESTÁTICO MONOFÁSICO

Datos técnicos medidor bidireccional estático monofásico. Marca: ELSTER 3 [Kw] Modelo: ALPHA SMART AS1440 Aprobación SEC PROTOCOLO PE_4-12

Link Medidores bidirecional autorizados por SEC

DIAGRAMA UNIFILAR GENERADOR FOTOVOLTAICO ON-GRID $ 380.000

$ 60.000

Tablero Seguridad eléctrica

$ 45.000

A red eléctrica de la casa

Diferencial de 30mA, 20A y 30ms Automático Magnetotérmico 10A

+Instalación $ 400.000 +Tramitación $ 150.000

MODULOS $ 312.000 + ESTRUCTURA SOPORTE $ 300.000

TOTAL PROYECTO : $ 1.647.000

CALCULO GENERACION ANUAL PROYECTO DEFINITIVO CON MODELO AVANZADO FICHA TECNICA MODULO FOTOVOLTAICO

FICHA TECNICA INVERSOR

1,25/1

CALCULO GENERACION ANUAL PROYECTO DEFINITIVO CON MODELO AVANZADO

EVALUACION ECONOMICA PROYECTO FOTOVOLTAICO ON-GRID

EXCEL CALCULO ON-GRID

NORMATIVA ACTUAL LEY 20571 Todo sistema de generación eléctrica que busque acogerse a esta ley, debe ser declarado ante la Superintendencia de Electricidad y Combustibles, SEC, que desde el año 2015 cuenta con una Unidad Técnica Especializada en ERNC para atender los requerimientos de la ciudadanía. Esta Declaración Eléctrica debe ser realizada por un Instalador Autorizado, y debe contener además los detalles técnicos de la instalación, así como de los productos a utilizar. Posteriormente, la SEC fiscaliza la Instalación y si ésta cumple con los requerimientos técnicos, autoriza su funcionamiento, tras lo cual, el propietario deberá notificar su conexión a la red de la Empresa de distribución eléctrica.

NORMATIVA ACTUAL

La SEC pone a disposición de la ciudadanía un listado de los productos autorizados para ser utilizados en sistemas de generación ciudadana, así como la información de contacto de todos los instaladores que ya han declarado exitosamente algún sistema de este tipo, mediante el Trámite TE4.

Netbilling Proceso de Ley 20571-2017

PRACTICA 2 DESARROLLA NUEVAMENTE EL CASO PRACTICO 1 UTILIZANDO LOS SIGUIENTES DATOS. Caso practico on-grid: Para el siguiente cliente interesado en instalar un sistema on-grid, determinar : a) Ubicación preliminar de componentes b) Dimensionar y seleccionar los componentes del generador fotovoltaico. (Módulos fotovoltaicos e inversor) c) Realice evaluación económica del proyecto

Antecedentes Iniciales: - Ubicación Casa: Concepción, Diego de Oro (imágenes casa adjunta) - Orientación Casa: Determínela con Google Earth

- Inclinación de techumbre: 30° (App Clinometer p.e) - Consumo Anual

Imagen Explorador Solar

http://ernc.dgf.uchile.cl:48080/inicio

Imagen Google Earth

DIPLOMADO EN ENERGÍAS RENOVABLES Y EFICIENCIA ENERGÉTICA [email protected]

DISEÑO DE INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS ON-GRID