borrador doc ssfv nov2013 consulta publica

5/21/2018 Borrador Doc SSFV Nov2013 Consulta Publica

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Diseo y Dimensionamiento de Sistemas Solares Fotovoltaicos Conectados a Red

Manual Tcnico de Buenas Prcticas - Grupo Tcnico FV rea Eficiencia Energtica y Construccin Sustentable

2Corporacin de Desarrollo Tecnolgico CDTMarchant Pereira 221, Of. 11 y 12, Providencia, Santiago, ChileTelfono: (56 2) 2718 7500 Fax: (56 2) 718 7503 www.cdt.cl E-mail: [email protected]

INDICE

INTRODUCCIN

CAPTULO 1.CONSIDERACIONES GENERALES

1.LA ENERGA SOLAR

IRRADIANCIA Y RADIACIN

RADIACIN GLOBAL

RENDIMIENTO ESPECFICO

FACTOR DE PLANTA

CARTAS SOLARES

INCLINACIN Y ORIENTACIN

2. TECNOLOGA FOTOVOLTAICA

CELDAS FOTOVOLTAICAS

MODULO FOTOVOLTAICO

EFECTO DE LAS SOMBRAS

3.TIPOLOGAS DE CONEXIN

SISTEMAS AISLADOS

SISTEMAS CONECTADOS A LA RED

4.COMPONENTES DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO

GENERADOR FOTOVOLTAICO

INVERSOR


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ACCESORIOS

CONDUCTORES Y PROTECCIONES

ESTRUCTURA DE SOPORTE

CAPTULO 2.DIMENSIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

1.POTENCIA Y ENERGA

2.DIMENSIONADO DIMENSIONADO DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO

SEPARACIN ENTRE MDULOS

SELECCIN DEL INVERSOR

CONFIGURACIN SERIE Y PARALELO

3.DISPOSICIN DE LOS MDULOS

INCLINACIN DE LOS MDULOS

4.CONDUCTORES

5.PROTECCIONES

PROTECCIONES FSICAS

PROTECCIONES ELCTRICAS

CLCULO DE LA PROTECCIN CONTRA SOBREINTENSIDADES

6.PRDIDAS

PERDIDAS EN EL INVERSOR

CAPTULO 3.INSTALACIN DE SISTEMAS CONECTADOS A LA RED

1.CONSIDERACIONES DEL SITIO DE INSTALACIN


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2.INSTALACIN DE LA ESTRUCTURA DE SOPORTE

3.INSTALACIN DE LOS MDULOS

CONEXIN ELCTRICA

4.PREPARACIN DEL CABLEADO

5.INSTALACIN DEL INVERSOR

6.INSTALACIN DEL MEDIDOR

7.PROTECCIONES

8.PUESTA EN MARCHA

CAPTULO 4.MANTENCIN DEL SISTEMA

1.MANTENCIN DE LOS MDULOS

2.MANTENCIN DEL INVERSOR

3.OTROS EQUIPOS

4.GARANTAS

CAPTULO 5.MONITOREO Y COMUNICACIONES

1.MONITOREO IN SITU

2.MONITOREO REMOTO

3.ANLISIS DE CURVAS TPICAS

ANEXOS

A.CASOS DE ESTUDIO

B.NORMATIVA LEGAL


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C.EJEMPLO DE DIMENSIONADO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO ON-GRID

D.TABLAS DE DATOS TCNICOS


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INTRODUCCIN

MOTIVACIN Y JUSTIFICACIN

El desarrollo econmico y social de nuestro pas est vinculado a una creciente demandade energa, lo que genera la necesidad de buscar nuevas fuentes de abastecimiento anivel nacional. La oferta elctrica de Chile se solventa en un alto porcentaje gracias a laimportacin de hidrocarburos, esto produce un alto costo en la generacin de energa.Por otra parte, slo un pequeo porcentaje de la demanda est cubierto por energasrenovables no convencionales (ERNC).

Dentro de las energas renovables, la energa solar fotovoltaica se presenta como una delas ms prometedoras en el aprovechamiento del recurso energtico que da a da recibeel planeta. En particular, Chile es un pas privilegiado por las condiciones de radiacin

presentes en el territorio, lo que junto al precio accesible y a la experiencia tangible de latecnologa fotovoltaica hacen que sea competitiva, de bajo impacto ambiental y enaumento. Adems, en el mbito legal, la nueva ley 20.571 crea un marco regulatorio a lainyeccin de energa para los pequeos medios de generacin de ERNC, lo que generaun importante inters en la implementacin de estos sistemas.

Es por ello que la Corporacin de Desarrollo Tecnolgico de la Cmara Chilena de laConstruccin (CDT) junto a Innova Corfo y otras empresas e instituciones asociadasdesarrollan el presente manual de Diseo e Instalacin de Sistemas Solares FotovoltaicosConectados a la Red, con el objetivo de fortalecer y mejorar las capacidades de losprincipales actores, disminuyendo as las brechas del sector.

1.1. OBJETIVOS Y ALCANCES

, El desarrollo de la generacin de energa solar fotovoltaica es reconocido como unaoportunidad para un mercado importante, lo que a su vez plantea dudas e interrogantesrespecto a los estndares requeridos, tanto en lo relacionado con la seguridad como enlos procedimientos de instalacin. .De esta forma, el objetivo de la presente publicacin esdar respuestas claras y precisas, orientadas a instaladores y profesionales del mbitosolar fotovoltaico.

Cabe sealar que no se profundiza en aspectos tericos cientficos del conjunto deelementos que componen los sistemas solares, ms bien, se describen los aspectos

tcnicos que estn involucrados en una buena instalacin y mantencin de los sistemas.Esto ltimo se enfoca en las instalaciones de baja tensin, que estnconectadas a la redelctrica de hasta 100 kW, por lo que no se aconseja su uso en instalaciones de mayorenvergadura.


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CAPTULO 1. CONSIDERACIONES GENERALES

En este captulo se entregan los tpicos necesarios para comprender los sistemas

fotovoltaicos y aplicar los conocimientos adquiridos en los captulos siguientes.

Comenzando por la energa solar, se contina con informacin y parmetros bsicos, que

estn involucrados con la tecnologa fotovoltaica. Finalmente se presentan las tipologas

de conexin de un sistema de generacin fotovoltaico y los componentes de estos

sistemas.

1.LA ENERGA SOLAR

El sol es la estrella ms cercana a la tierra, distante en promedio unos 150 millones de

kilmetros. En su ncleo, debido a la alta temperatura, se libera energa mediante un

proceso de fusin nuclear.

La superficie del sol, con una temperatura de 5778 K, se encarga de irradiar esta energa

en forma de ondas electromagnticas con distintas longitudes de onda, dentro de las

cuales se encuentran la luz visible, los rayos UV y la radiacin infrarroja, tal como se

aprecia en la figura 1.1.

Existen dos magnitudes utilizadas en el mbito fotovoltaico, la irradiancia y la radiacin,que describen fenmenos vinculados pero no equivalentes, por lo que es importante

diferenciarlas.

IRRADIANCIA Y RADIACIN

La irradiancia se define como la relacin de la potencia incidente por unidad de superficie

de cualquier onda electromagntica con la superficie que la recibe, de la forma

* +(1.1)

Siendo la irradiancia, la potencia incidente yel rea de la superficie que recibe laradiacin. Por otra parte, la radiacin es la cantidad de irradiancia recibida en un tiempo


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determinado, por lo tanto, es una medida de energa. En el medio fotovoltaico

generalmente se utilizan las unidades kWh/m2/da para radiaciones diarias y kWh/m2/ao

para radiaciones anuales.

Figura 1.1 Irradiancia espectral solar.Se ilustra el espectro en la parte externa de la atmsfera,el espectro a nivel del mar y la radiacin caracterstica de un cuerpo negro a la temperaturasuperficial del sol. Fuente: Robert A. Rohde como parte del proyecto Global Warming Art.

La irradiancia en la parte externa de la atmsfera terrestre es de 1.366 W/m2, valor que se

conoce como constante solar. Sin embargo, debido a la reflexin, difusin y absorcin que

realizan los elementos presentes en la atmsfera, la potencia que llega a nivel del mar es

menor a la constante solar (aproximadamente 1.000 W/m2en un da despejado).


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Fig. 1.2 Componentes de la radiacin solar en la Tierra.

En funcin de cmo incide la energa solar en la tierra, se distinguen tres componentes de

la radiacin: directa, difusa y albedo (figura 1.2). La radiacin directa es la ms importante

de las tres, ya que no es desviada al pasar por la atmsfera. Cuando sta no puede incidir

sobre una superficie debido a un obstculo, el rea en sombra recibe radiacin gracias a

la radiacin difusa y al albedo (radiacin directa y difusa reflejada por el suelo y otras

superficies). La suma de estas radiaciones se conoce como radiacin global.

RADIACIN GLOBAL

La irradiancia registrada sobre una base de tiempo diaria o anual se entrega en mapas y

tablas de radiacin, generalmente para el plano horizontal. Estos datos se utilizan para

estimar la produccin en la generacin de energa fotovoltaica, siendo un buen indicador

del potencial fotovoltaico de una zona, pero considerando siempre que al ser datos

estadsticos, las mediciones presentarn variaciones respecto a lo proyectado.

En la figura 1.3 se aprecia el llamado cinturn solar, ubicado entre los 35 de latitud

norte y los 35 de latitud sur. Esta franja presenta los niveles ms altos de radiacin solar,

lo que se transforma en una ventaja a la hora de implementar un sistema de generacin

fotovoltaico. Esto no es un impedimento para las zonas fuera del cinturn, ejemplo de ello

es Europa, que en la ltima dcada ha apostado por esta tecnologa.


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Fig. 1.3 Radiacin solar promedio en el perodo 1990 2004. Fuente: Ecole des Mines de Pars / Armines.


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Fig. 1.4 Distribucin de la radiacin solar en Chile. Promedio de los aos 2009 - 2010. Fuente:Evaluacin del recurso solar, Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas, Universidad de Chile.

Chile presenta condiciones favorables para la generacin fotovoltaica. De hecho, la zona

norte presenta una de las mejores condiciones del mundo en trminos de radiacin solar1,

mientras que la zona sur-austral recibe aproximadamente la misma radiacin que la zona

centro-norte de Europa, lo que no ha sido un impedimento para el desarrollo de esta

tecnologa. Un ejemplo de esto es Alemania, cuya radiacin es equivalente a la de

Valdivia, y es uno de los principales productores de energa solar fotovoltaica en elmundo.

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC PROMEDIO

Calama 8,95 8,41 7,68 6,49 5,39 4,80 4,99 5,92 7,17 8,36 8,99 9,13 7,19

1Fuente: Evaluacin delrecurso solar, Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas, Universidad de Chile.


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Santiago 8,86 7,84 6,41 4,66 2,87 1,42 2,72 3,47 4,86 6,45 7,95 8,89 5,53

Pto. Montt 6,47 5,71 4,17 2,64 1,57 1,04 1,43 2,18 3,40 4,18 5,60 6,22 3,72

Fig. 1.5 Radiacin global horizontal. Los valores representan la radiacin diaria promedio para el

ao 2010 en kWh/m

2

, correspondiente a ciudades del norte, centro y sur del pas. Fuente:Evaluacin del recurso solar, Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas, Universidad de Chile.

RENDIMIENTO ESPECFICO

El rendimiento especfico es un ndice que permite comparar instalaciones fotovoltaicas

en distintos lugares del planeta. Para su clculo se tienen en cuenta factores especficos

de la instalacin, tales como el lugar, el ngulo de inclinacin, las sombras y los tipos de

mdulos e inversores.

Al dividir la energa producida en un perodo de tiempo por la potencia nominal de lainstalacin se obtiene el rendimiento especfico de la instalacin, cuya unidad es

kWh/kWp.

FACTOR DE PLANTA

Es un indicador del uso de la capacidad de generacin mxima de una instalacin en el

tiempo. Se obtiene dividiendo la energa generada para un determinado perodo de

tiempo (generalmente anual), por la energa que hubiera podido generar la planta si lo

hiciera a plena carga durante todo el perodo.

En la prctica no alcanza el 100%, y para la energa solar fotovoltaica, de la misma forma

que para otras fuentes de energa renovable, es bajo debido a la irregularidad de la fuente

de energa (un sistema de generacin fotovoltaico no produce energa en las noches) en

contraste a una planta de generacin nuclear o de carbn, las cuales producen energa de

manera continua.

Al hablar de sistemas conectados a la red este indicador pierde importancia, ya que la

energa solar fotovoltaica se convierte en parte del factor de planta de la red elctrica.

CARTAS SOLARES


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Las cartas solares representan en una misma grfica la posicin del sol a lo largo del ao,

lo que permite determinar las prdidas por sombras que se producen en un generador

fotovoltaico.

Esta es una representacin de dos dimensiones, en cuyo eje horizontal se representa el

azimut solar, y en el eje vertical la elevacin solar a lo largo de todo el ao (figura 1.6).

Fig. 1.6 Determinacin del Azimut y de la elevacin .

El azimut solar es el ngulo que forma la proyeccin vertical del sol sobre el horizonte

respecto del punto cardinal norte. En el hemisferio sur toma el valor 0 cuando el sol est

exactamente en el norte geogrfico, y va cambiando a lo largo del da.

La elevacin solar es el ngulo formado por el sol respecto al plano horizontal. Cambia a

lo largo del da y tiene su altura mxima al medioda. Esta altura mxima vara a lo largo

del ao entre el solsticio de invierno y el solsticio de verano.


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Fig. 1.7 Carta solar de Santiago. Las lneas azules muestran la trayectoria del sol y las lneasrojas las horas del da (en hora local), para el perodo 21 de diciembre 21 de junio. Fuente:Laboratorio de Monitoreo de Radiacin Solar, Universidad de Oregon, Estados Unidos.

INCLINACIN Y ORIENTACIN

Es importante determinar la mejor posicin de los mdulos fotovoltaicos para recibir la

mayor radiacin posible. Idealmente stos deben ser ubicados de manera perpendicular

al sol, manteniendo esta condicin en todo instante, lo que requiere un seguimiento

continuo del sol con los mdulos. Un sistema de seguimiento requiere una infraestructurams compleja, lo cual no siempre es viable por lo que es necesario disponer de criterios

que aprovechen al mximo las condiciones de radiacin.


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La orientacin ptima en el hemisferio sur es hacia el norte (azimut 0), aunque no

siempre es posible respetar esto, debido a causas arquitectnicas u obstculos en esa

direccin. El efecto que esto producir es una baja en la produccin del generador.

Por otra parte, para determinar la inclinacin del mdulo existen tres criterios que buscan

maximizar la energa recibida, ya sea el promedio anual o una estacin en particular.

El criterio del mes de menor radiacin maximiza la energa recibida en invierno en el mes

de menor radiacin (junio). Por otro lado, el criterio del mes de mayor radiacin busca

maximizar la energa recibida en verano en el mes que recibe la mayor radiacin

(diciembre). Finalmente el criterio del mximo anual busca maximizar el promedio de

energa recibida en el ao (figura 1.8).

Para aplicar estos mtodos es necesario disponer de la tabla de radiacin para distintas

inclinaciones y azimut. El detalle y la aplicacin de estos mtodos se analizan a fondo en

el captulo de dimensionamiento.

Fig. 1.8 Criterios de inclinacin.Se aprecian los criterios del peor mes (invierno), el mejor mes(verano) y el mximo anual.


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2.TECNOLOGA FOTOVOLTAICA

La tecnologa fotovoltaica utiliza celdas construidas generalmente con semiconductores

para convertir la radiacin solar en electricidad. Existen diversos tipos de celdas

fotovoltaicas, sin embargo, el material ms comn en la fabricacin de stas es el silicio.

CELDAS FOTOVOLTAICAS

De acuerdo a lo mencionado en el prrafo anterior, la unidad base de la tecnologa es la

celda fotovoltaica, que en la actualidad se fabrica principalmente en base a silicio. En

relacin a esto, existen principalmente tres tipos de celdas: monocristalina, policristalina y

amorfa. Las celdas construidas con silicio monocristalino poseen una estructura uniforme,

donde todos los tomos estn perfectamente alineados, formando un slo cristal. Por otrolado, las celdas construidas con silicio policristalino presentan una estructura ordenada

por regiones, en la que sus tomos presentan diferentes direcciones debido a que estn

fabricados con distintos cristales de silicio. Adems de estas dos formas de fabricacin,

existen celdas de silicio amorfo, donde el material semiconductor se deposita como

pelcula fina en distintos soportes, lo que permite producir mdulos rgidos o flexibles.

Fig. 1.9 Celdas solares de silicio. Fuente: 1stSunflower.

Otro tipo de celda corresponde a la de tecnologa de capa fina, la cual puede ser

fabricada con otros elementos distintos al silicio como el diseleniuro de cobre e indio

(CIS), el teluro de cadmio (CdTe) y el seleniuro de cobre-indio-galio (CIGS). La principal

diferencia entre ellas es el porcentaje de radiacin incidente, que se transforma en

electricidad, como se aprecia en la figura 1.10.


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Fig. 1.10 Eficiencia en la tecnologa de celdas fotovoltaicas. La grfica muestra el avance en la investigacin desde el ao 1975 hasta el2012. Fuente: National Renewable Energy Laboratory.


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MDULO FOTOVOLTAICO

En trminos sencillos, un mdulo fotovoltaico o panel fotovoltaico es un arreglo de celdas

solares dispuestas en serie y en paralelo, todo ello dentro de una estructura que mantiene

las celdas aisladas del medio exterior, permitiendo slo el paso de la luz.

Dependiendo de la forma en que estn agrupadas las celdas se establecen las

caractersticas de los mdulos. De la misma forma, un arreglo de mdulos en serie o

paralelo forman un generador, determinando sus caractersticas.

Fig. 1.11 Evolucin de la celda a mdulo, y de ste al generador fotovoltaico

Las curvas caractersticas de un mdulo fotovoltaico se muestran en la figura 1.12 y sus

parmetros en la figura 1.13. Estos parmetros se miden bajo condiciones estndar de

prueba (Standard Test Conditions, STC), consistentes en una irradiancia de 1.000 W/m2

perpendiculares al mdulo, una masa de aire de 1,5 y una temperatura del mdulo de 25

C.

Fig. 1.12 Curvas caractersticas de un mdulo fotovoltaico.


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Fig. 1.13 Caractersticas de un mdulo fotovoltaico. Mdulo LDK 180 Wp 24 V.

La tensin de circuito abierto () corresponde a la tensin entregada por el mdulocuando la corriente es cero, mientras que la corriente de cortocircuito ( ) corresponde ala corriente cuando la salida est cortocircuitada.

La potencia nominal corresponde a la potencia mxima que entrega el mdulo y se

entrega en unidades de Wp (watt pico). El punto ptimo de operacin del mdulo se ubica

sobre el punto de mxima potencia o MPP por sus siglas en ingls ( Maximum Power

Point), de donde se obtiene una corriente a mxima potencia y una tensin a mximapotencia . Idealmente estos valores debieran ser fijos, sin embargo, la tensin decircuito abierto vara con la temperatura y la corriente de cortocircuito vara con la

irradiancia, de manera tal, que el punto de mxima potencia est siempre cambiando. Con

el fin de contrarrestar esto y asegurar el buen rendimiento del sistema, se han creado


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algoritmos denominados MPPT (Maximum Power Point Tracking), que ajustan los

parmetros de salida del sistema para extraer siempre la mxima potencia del mdulo.

Fig. 1.14 Variacin del punto de mxima potencia en funcin de la irradiancia

Otro parmetro importante es el factor de llenado o fill factor, que da cuenta de la calidad

del mdulo. Se define como

(1.2)

Siempre es inferior a la unidad, y generalmente toma valores aproximados a 0,7 (mientras

ms cercano a 1 sea el factor de llenado, mejor calidad posee el mdulo, tal como se

observa en la figura 1.15).

Fig. 1.15 Representacin grfica del factor de llenado.

Junto con las celdas, el mdulo fotovoltaico est constituido por los elementos que se

muestran en la figura 1.16. Tanto la cubierta como la capa de EVA (etileno-vinil-acetato)

deben ser transparentes y no degradarse con la luz ultravioleta. Adems, la cubierta y la

capa de polister aslan elctricamente a la celda del exterior.


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Fig. 1.16 Composicin de un mdulo fotovoltaico. Fuente: Instalaciones SolaresFotovoltaicas, Miguel Moro Vallina, Ediciones Paraninfo S.A.

Otro parmetro importante es la temperatura de operacin nominal de la celda, NOCT.

Esto se determina a una temperatura de 20 C, con una irradiancia de 800 W/m 2y una

velocidad del viento de 1 m/s, que indica la capacidad de disipar el calor que posee la

celda.

Las caractersticas reales de un mdulo fotovoltaico difieren considerablemente de sus

caractersticas nominales. Esto se debe a que las condiciones reales de operacin

(temperatura, irradiancia, etc.) son variables a lo largo del ao, lo que no ocurre en las

condiciones estndares de prueba.

EFECTO DE LAS SOMBRAS

Es importante analizar el efecto que produce la sombra en una o ms celdas del mdulo,

ya que afecta considerablemente su funcionamiento.

En un arreglo de mdulos en serie (tambin conocido como string), si uno de ellos es

sombreado, produce menos energa y podra convertirse en carga, consumiendo la

potencia generada por los otros mdulos y aumentando la temperatura de sus celdas.

Mientras mayor sea la radiacin que reciben los otros mdulos y menor la que recibe el


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mdulo sombreado, mayor ser la temperatura de ste, lo que produce un punto caliente

(llamado hot spot en ingls) que podra destruir sus celdas. Para evitar este efecto se

utilizan diodos de bypass, que evitan la circulacin de corriente por las celdas del mdulo

sombreado.

En un arreglo de strings en paralelo, la direccin de la corriente debe ir slo hacia las

cargas, evitando as que sta circule hacia los mdulos, lo que ocurre cuando uno de ellos

es sombreado. Para evitar esto se utilizan diodos de bloqueo.

El uso de estos diodos se puede extrapolar a los arreglos de mdulos fotovoltaicos, por

ende es preferible adquirir mdulos que posean estos mecanismos de proteccin.

Fig. 1.17 Configuracin de diodos de bypass y diodos de bloqueo.

3.TIPOLOGASDE CONEXIN

Un sistema de generacin fotovoltaico posee dos tipologas bsicas, que aparecen

descritas a continuacin. Se trata de las instalaciones aisladas (off-grid) y las

conectadas a la red (on-grid).

Existen otras tipologas hbridas, que combinan los sistemas aislados y conectados a la

red para disponer de un suministro de energa cuando falla la red elctrica, o un sistema

aislado con otros tipos de generacin de energa para satisfacer el consumo de manerams uniforme a lo largo del da. Sin embargo, el estudio de sistemas hbridos escapa al

alcance del presente manual.


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SISTEMAS AISLADOS

El objetivo de esta tipologa se basa en satisfacer directamente la demanda energtica de

los consumos asociados independientes de la red elctrica. Estos sistemas se utilizan

para alimentar satlites, seales viales, equipos de telecomunicaciones, sistemas de

bombeo de agua y viviendas sin acceso a la red elctrica.

El sistema de generacin aislado requiere de un elemento almacenador de energa,

generalmente una batera, siendo ste el elemento crtico en una instalacin aislada. Si

deja de funcionar el generador fotovoltaico, el consumo de las cargas es cubierto en

cualquier momento por la batera. Una excepcin es el sistema de bombeo solar directo,

donde la bomba ajusta su potencia a la energa disponible y por tanto, no se requiere

sistema de bateras.

Fig. 1.18 Sistema de generacin aislado. El sistema incorpora un inversor para alimentar cargasde corriente alterna. Fuente: TritecIntervento SpA.


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Como se aprecia en la figura 1.18, los componentes de un sistema aislado son el

generador fotovoltaico, el regulador de carga, la batera y un inversor, si se dispone de

cargas de corriente alterna.

SISTEMAS CONECTADOS A LA RED

El objetivo de esta tipologa es producir electricidad en complemento a la recibida de la

red elctrica, no contando con elementos de almacenamiento, ya que toda la energa

producida se consume al inyectar los excedentes a la red o al inyectarla completamente

a la red elctrica.

En la topologa de inyeccin de excedentes (figura 1.19) la energa generada est

destinada en primer lugar para autoconsumo y los excedentes son inyectados a la red.

Para ello se utiliza un sistema de medicin (un medidor bidireccional o dos medidores

unidireccionales), que entrega el balance entre la energa generada y la energa

consumida.

Fig. 1.19 Diagrama de flujos caso inyeccin de excedentes. La lnea verde representa laenerga generada, mientras que la lnea roja representa la energa consumida.


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Como contrapartida, la topologa de inyeccin total vierte toda la energa producida por el

generador a la red (figura 1.20). Las cargas reciben energa slo de la red, en forma

independiente de la generacin fotovoltaica. Esta topologa requiere de un medidor

unidireccional, que permite contabilizar la energa inyectada.

Fig. 1.20 Diagrama de flujos caso inyeccin total. La lnea verde representa la energagenerada, mientras que la lnea roja representa la energa consumida.

La conexin a la red puede ser monofsica o trifsica, dependiendo de la configuracin

elegida y las caractersticas del punto de conexin a la red.

La calidad de la energa inyectada debe cumplir las normas dispuestas en el reglamento

tcnico vigente en el pas, para no perturbar el comportamiento de la red ni a los equipos

conectados a ella. Adicionalmente a esto, el inversor debe ser capaz de sincronizar la

corriente generada con la tensin de la red elctrica y detectar una eventual cada de stapara desconectar la generacin, evitando as las islas energticas.


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4.COMPONENTES DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO

GENERADOR FOTOVOLTAICO

Se conforma con mdulos conectados en serie y/o paralelo, observndose las mismas

caractersticas elctricas que en una celda (figura 1.21). Posee la ventaja de ser un

sistema escalable, lo que permite cambiar el tamao del generador con slo agregar o

restar mdulos. De esta forma, se pueden encontrar desde generadores de unos pocos

metros cuadrados hasta generadores de gran superficie, que tienen la capacidad de

formar huertos solares. La cantidad de mdulos determina la tensin y la potencia del

generador.

Fig. 1.21 Conformacin de un generador mediante mdulos. Fuente: Solar Green

El generador fotovoltaico entrega corriente continua a su salida, sta no se puede

apagar porque se genera con slo recibir radiacin solar. Esta particularidad provoca

que la tensin y la potencia entregada varen segn la disponibilidad del recurso solar, por

lo que no se genera energa durante la noche.


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Fig. 1.22 Generador Fotovoltaico. La imagen corresponde al generador fotovoltaico ubicado en laUniversidad Tecnolgica Metropolitana, Santiago de Chile, conformado por 21 mdulos, con unapotencia pico de 4,1 kWp. Fuente: ProteinlabUTEM.

Para lograr una conexin segura, los mdulos incorporan en su parte posterior una caja

de conexiones y cables estandarizados, donde adems se encuentran los diodos de

bypass y los principales parmetros elctricos del mdulo, como se aprecia en la figura

1.23.

Fig. 1.23 Vista posterior de un mdulo fotovoltaico. Se observan los diodos de bypass (encrculos rojos), la caja de conexin y los principales parmetros elctricos del mdulo, para elmodelo c-Si M 48 de Bosch.


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En una instalacin fotovoltaica se distingue entre dos potencias. La potencia pico delsistema corresponde a la potencia del generador, mientras que la potencia nominal delsistema es la potencia de salida del inversor. Esta ltima puede ser menor a la primeradebido a que los mdulos difcilmente proporcionan la potencia pico, y es inevitable que la

instalacin tenga prdidas.

INVERSOR

Es el equipo que transforma la corriente continua en corriente alterna, tanto para inyectar

la energa a la red como para el consumo con equipos de tensin alterna, tales como

televisores, refrigeradores, etc.

Fig. 1.24 Funcionamiento del inversor. El inversor recibe corriente continua del generador

fotovoltaico y entrega corriente alterna a la salida.

Los principales parmetros de un inversor son la potencia nominal, las tensiones y

corrientes de operacin (tanto de entrada como de salida), la frecuencia de trabajo y la

eficiencia.

Fig. 1.25 Caractersticas principales de un inversor. Inversor Sunny Mini Central 4600A.


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La potencia nominal corresponde a la potencia que entrega el inversor a la salida, la cual

es consumida por los equipos o inyectada a la red. Como se indic previamente, esta

potencia es menor que la potencia pico del generador. La potencia nominal tambin

determina el tamao fsico del inversor, como se aprecia en la figura 1.26.

Fig. 1.26 Comparacin inversores de distinta potencia. Se observa un aumento de lasdimensiones al aumentar la potencia nominal de cada inversor. Los inversores corresponden a lamarca Sirio, modelos 1500, K80 y K330 de izquierda a derecha.

La tensin de entrada seala la tensin mxima que el inversor puede recibir del

generador fotovoltaico. Por otra parte, la tensin de salida seala la tensin que el

inversor entrega a los equipos o a la red elctrica. En Chile este valor es de 220 V para

inversores monofsicos y 380 V para inversores trifsicos.

La corriente de operacin indica el valor mximo de intensidad de corriente que el inversor

puede recibir desde el generador (corriente de entrada) y entregar a la red o a los

consumos asociados (corriente de salida).

La frecuencia de trabajo debe ser equivalente a la frecuencia de la red elctrica, que en elcaso de Chile corresponde a 50 Hz.

La eficiencia es un parmetro que relaciona la potencia de salida de un inversor con la

potencia entregada por el generador fotovoltaico. A medida que sta vara, la eficiencia


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del inversor sufre variaciones, comportamiento que se refleja en las curvas de eficiencia

entregadas por el fabricante.

Finalmente otra caracterstica importante de un inversor es el hecho de poseer o noaislacin galvnica en la salida, lo que separa elctricamente la parte de CC y la parte de

CA.

ACCESORIOS

CONDUCTORES Y PROTECCIONES

La funcin del cableado es transportar la energa a lo largo de toda la instalacin de

generacin fotovoltaica, tanto en la parte de corriente continua (generador) como en laparte de corriente alterna (inversor, la red elctrica y los equipos de consumo). Aunque se

consideren elementos secundarios, el correcto dimensionado del cableado permite reducir

las prdidas, contribuyendo al buen rendimiento del sistema. Para ello, los conductores

deben ser dimensionados considerando el concepto econmico y ambiental (Norma NCh

2625 Of.2001).

El cableado para corriente continua debe ser identificado con el color rojo para el

conductor positivo y negro para el conductor negativo, adems los conectores traseros del

mdulo deben ser diferentes para evitar confusiones al momento de conectarlos.

Por otra parte, el cableado de corriente continua tiene otra disposicin de colores para los

conductores, identificndose las fases con colores oscuros, el conductor neutro con el

color blanco y la tierra de proteccin con color verde.


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Fig. 1.27 Conductores elctricos de cobre. La seccin adecuada permitir un correctofuncionamiento de la instalacin, asegurando su funcionamiento en el tiempo.

Los conductores necesarios deben tener la seccin adecuada para reducir la cada de

tensin y el calentamiento. Para cualquier condicin de trabajo, la cada de tensin debe

ser inferior al 1,0% de la tensin nominal continua del sistema, y la temperatura del cable

no debe superar el valor permitido. Adems, se debe cumplir la normativa de canalizacin

y recubrimiento del conductor, recordando que gran parte de la instalacin se realiza a la

intemperie.

Las protecciones del sistema tienen por objetivo cuidar al usuario de un sistema de

generacin fotovoltaico, y resguardar a los equipos de ste. Al igual que los conductores,

se diferencian en protecciones de corriente continua y de corriente alterna. Dentro de las

primeras se encuentran los fusibles y los seccionadores, mientras que las segundas se

componen de disyuntores, diferenciales, y tomas de tierra.

ESTRUCTURA DE SOPORTE

El generador fotovoltaico posee la caracterstica nica de adaptarse a cualquier superficie,

ya sea suelo, techo o a la estructura de un edificio en el caso de integracin

arquitectnica. Por lo tanto, la estructura de soporte debe soportar al generador en su

posicin independiente de la superficie y de las condiciones climticas.


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La estructura debe soportar el peso del generador y la carga del viento sin deformarse.

Adems, en el caso de que el material de fabricacin sea metlico, ste debe ser

resistente a la corrosin, precaucin que no se observa en materiales sintticos.

En la mayora de las instalaciones, la estructura es fija, existiendo distintos tipos segn la

ubicacin (figura 1.27), aunque existen otras que incorporan mtodos de seguimiento, ya

sea en uno o dos ejes.

Fig. 1.28 Distintos tipos de estructuras de soporte. Fuente Atersa.


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CAPTULO II.DIMENSIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

El correcto diseo de un sistema de generacin fotovoltaico es primordial para

aprovechar al mximo el potencial generador de esta tecnologa. Existen distintoscriterios para el diseo, ya que el sistema fotovoltaico presenta mltiples variables,

como la tecnologa del generador, la distribucin de inversores, la localidad, y la

superficie, entre otras, por lo que su diseo se puede abordar desde distintas

perspectivas.

En el caso de un sistema de generacin aislado normalmente el diseo se realiza

en base al perfil de consumo del usuario. Por otra parte, en el caso de un sistema

de generacin conectado a la red, el diseo se puede abordar desde la

perspectiva de favorecer el autoconsumo, en la mxima utilizacin de la superficie

disponible para la instalacin de un generador fotovoltaico, o considerando como

lmite la potencia del empalme a la red elctrica.

El objetivo de este captulo no es establecer un criterio, sino definir

consideraciones, etapas y restricciones de las instalaciones fotovoltaicas

conectadas a red.

1.POTENCIA Y ENERGA

La potencia y la energa son consideradas como algunas de magnitudes ms

relevantes que hay en una instalacin fotovoltaica y por ese motivo, es necesario

comprender la diferencia que existe entre ellas. La potencia del sistema indica la

capacidad de generacin elctrica de un sistema, y al hablar de energa, se

considera una cantidad de potencia por unidad de tiempo, generalmente horas. La

unidad utilizada para medir la potencia es el watt (W), mientras que para la

energa se utiliza comnmente el watt-hora (Wh).


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En el caso del generador fotovoltaico, se denomina potencia pico (Wp) a la

potencia total que puede generar el conjunto de mdulos bajo condiciones

estndar (1000 W/m2, 25C y AM 1,5).

En la figura 2.1 se puede apreciar el comportamiento de un generador durante un

da estndar, donde el rea bajo la curva indica la produccin de energa en el

perodo.

Fig. 2.1 Curva de generacin. La lnea indica la potencia generada, y el rea bajo la curva (enamarillo) indica la energa generada.

2.DIMENSIONADO

Existen mltiples variables a considerar dentro del diseo de un sistema de

generacin fotovoltaico. Dichos factores pueden ser de tipo econmico,

geogrfico, regulatorios y entre otros. Este manual propone un diseo a partir de la

potencia pico que se desea instalar, siguiendo el diagrama de flujo, que se

observa en la figura 2.2.


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Fig. 2.2 Diagrama de flujo para el diseo de un sistema de generacin fotovoltaico.

DIMENSIONADO DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO

La potencia que se desea instalar determina el nmero de mdulos. Para ello se

requiere conocer la potencia pico del mdulo seleccionado, de esta forma el

nmero total de mdulos se obtiene de la expresin

(2.1)


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Siendo el nmero de mdulos, la potencia pico que se desea instalar(corresponde a la potencia del campo generador) y la potencia pico de cadamdulo. En caso de no obtenerse un nmero entero, se puede redondear el

resultado al entero prximo.

Conocidas las dimensiones del mdulo y el nmero de stas que ser utilizado, se

procede a calcular la superficie mnima que se requiere para la instalacin. Para

ello slo es necesario multiplicar la cantidad de mdulos por las dimensiones del

mdulo unitario, es decir

(2.2)

Donde es la superficie requerida para la instalacin, es el nmero demdulos a instalar y es la superficie de un mdulo.

La superficie de cada mdulo, para una misma potencia pico, depende de la

tecnologa de fabricacin de ste. Por lo tanto, si la superficie requerida es mayor

a la disponible, se puede optar por cambiar de tecnologa, lo que reduce la

superficie utilizada.

Ejemplo de diseo: Se desea instalar una potencia de 2.000 W, para ello se

dispone de mdulos fotovoltaicos de 140 Wp, de 1.500x668 mm2 de superficie.

Cuntos mdulos se requieren, y cul es la superficie mnima que se necesita

para la instalacin?

Solucin:Aplicando la ecuacin 2.1, se obtiene un total de mdulos, loscuales requieren una superficie mnima de mdulo de 15,03 m 2.


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SEPARACIN ENTRE MDULOS

La superficie obtenida anteriormente no toma en cuenta la inclinacin de los

mdulos, la cual produce un aumento de la superficie requerida, ya que esimportante evitar las sombras en un sistema de generacin fotovoltaico, para

evitar que disminuya el rendimiento del sistema.

Las distintas filas de mdulos pueden sombrearse entre ellas, por ende y como

parte del diseo, deben estar dispuestas de tal forma que esto no se produzca.

Para ello, la sombra del borde superior de la fila delantera se debe proyectar como

mximo sobre el borde inferior del marco de la fila siguiente.

Como la elevacin solar vara a lo largo del ao, la sombra proyectada tambin lo

hace. Es por esto que la distancia se calcula considerando la elevacin solar

mnima, que ocurre en invierno, ya que es en esa estacin donde la sombra

proyectada es ms larga (figura 2.3).

Fig. 2.3 Proyeccin de la sombra en funcin de la altura solar.

La altura mnima se puede obtener de la carta solar correspondiente a la localidad,

o se puede determinar mediante la siguiente expresin


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|| (2.3)

Siendo la altura solar en grados y la latitud de la localidad.

Fig. 2.4 Determinacin de la distancia mnima entre filas de mdulos para superficieshorizontales. H representa la elevacin solar y la inclinacin del mdulo.

La distancia mnima entre las filas se puede determinar geomtricamente como se

indica en la figura 2.4. sta queda determinada por la expresin

( )(2.4)

Donde es la longitud del mdulo (incluido el marco y la estructura de soporte), es la elevacin solar y es la inclinacin del mdulo.


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Fig. 2.5 Determinacin de la distancia mnima entre filas de mdulos para superficiesinclinadas. H representa la elevacin solar, la inclinacin del mdulo y

la inclinacin de la

superficie.

El mtodo descrito anteriormente se aplica a instalaciones sobre superficies

horizontales. Para superficies inclinadas es necesario tomar en cuenta el ngulo

de inclinacin (figura 2.5), por lo cual la distancia mnima (que hace mencin a la

superficie inclinada) se determina mediante la expresin

( )(2.5)

Siendo el ngulo de inclinacin de la superficie. En el caso de integracinarquitectnica, la separacin entre mdulos de una misma fachada no es

necesaria, ya que no se producen sombras entre ellos.

Ejemplo de diseo: Se desea instalar mdulos fotovoltaicos de 1500 mm de

longitud con una inclinacin de 24 sobre una superficie horizontal. Los mdulos

se ubican en la ciudad de Santiago, cuya altura solar mnima es de 33. Cul esla distancia mnima entre cada fila de mdulos?

Solucin: Aplicando la ecuacin 2.4, se obtiene una distancia mnima de 2,3

metros entre cada fila.


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SELECCIN DEL INVERSOR

La seleccin del inversor est dada por los diversos factores considerados en el

captulo anterior. Estos son la potencia (instalada y del empalme a la red), los tiposde mdulos utilizados y otros factores medioambientales propios del lugar

geogrfico de la instalacin.

En general, la potencia nominal de ste debe ser aproximadamente igual a la

potencia pico de la instalacin.

Es importante sealar que el inversor debe ser para instalaciones conectadas a la

red (generalmente se denominan inversores on-grid o grid tied) y no parasistemas aislados.

CONFIGURACIN SERIE Y PARALELO

Los parmetros de entrada del inversor (tensin y corriente mxima) se

consideran como las condiciones de borde para la disposicin de los mdulos en

serie y en paralelo. Es importante sealar los efectos de estas configuraciones

sobre la corriente y tensin del generador, para proceder al clculo.

Agrupar los mdulos en serie formando un string permite sumar sus tensiones,

manteniendo la corriente igual en todos ellos, mientras que la potencia del sistema

aumenta en veces, siendo el nmero de mdulos en serie.


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Fig. 2.6 Efecto de la adicin de mdulos en serie. Las curvas en azul representan lascaractersticas de un mdulo, y las curvas en rojo las caractersticas de cuatro mdulos en serie.

Por otra parte, conectar los mdulos en paralelo permite sumar la corriente

generada, conservando la tensin nominal de cada mdulo. La potencia aumenta

veces, siendo el nmero de mdulos en paralelo.


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Fig. 2.7 Efecto de la adicin de mdulos en paralelo. Las curvas en azul representan lascaractersticas de un mdulo, y las curvas en rojo representan las caractersticas de cuatromdulos en paralelo.

La tensin mxima de entrada del inversor determina el nmero mximo de

mdulos en serie por cada string, mediante la expresin

(2.6)

Siendo el nmero mximo de mdulos por string, la tensin mxima deentrada del inversor y la tensin de circuito abierto de cada mdulo. En casode no obtenerse un nmero entero, se debe ajustar el resultado al valor de entrada

del inversor, adems, se debe procurar que la tensin del sistema se encuentre

dentro del rango de tensin MPPT del inversor.

Por otro lado, la corriente mxima de entrada del inversor determina el nmero de

strings mximos en paralelo, de la forma


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(2.7)

Donde es el nmero mximo de strings en paralelo, es la corrientemxima de entrada del inversor e es la corriente de cortocircuito de cadamdulo. Al igual que el mtodo anterior, se debe ajustar el resultado a los valores

de entrada del inversor.

Fig. 2.8 Conexin de mdulos en paralelo. Se aprecia en detalle el conector paralelo MC4.Fuente: Natural Tech.

Es importante recordar que las caractersticas elctricas de los mdulos varan

con la temperatura y la irradiancia, por lo tanto, hay que escoger los mdulos del

mismo modelo y fabricante, lo que asegura tensiones idnticas y evita flujos decorriente hacia el generador. Adems, el nmero de mdulos en serie por cada

string debe ser idntico, por lo que se debe aumentar o disminuir el nmero de

mdulos totales para satisfacer sta condicin.

Ejemplo de diseo: Se desea instalar 6300 Wp y para ello se escogen mdulos

con las siguientes caractersticas: potencia nominal 150 Wp, tensin de circuito

abierto 21,6 V y corriente de cortocircuito 8,32 A. Adems, se dispone de un

inversor con las siguientes caractersticas: potencia nominal 6000 W, potencia

mxima de entrada 7500 W, tensin mxima de entrada 600 V, corriente mxima

de entrada 25 A y rango de tensin MPPT 250 V - 480 V. Cuntos mdulos se

deben utilizar y que agrupacin se recomienda?


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Solucin:El nmero de mdulos se determina mediante la ecuacin 2.1, siendo 42

el resultado. El nmero mximo de mdulos en serie, utilizando la ecuacin 2.6, es

27 mdulos. El mximo de strings en paralelo, aplicando la ecuacin 2.7, es 3. Por

lo tanto, se implementan tres strings con 14 mdulos cada uno, lo que permite

obtener un generador de potencia pico 6300 Wp, tensin de circuito abierto 302,4

V y corriente de cortocircuito 24,96 A.

3.DISPOSICIN DE LOS MDULOS

Una adecuada disposicin de los mdulos permite recibir la mayor energa posible

(ya sea en promedio anual o por estacin) y minimizar las sombras entre mdulos.

De esta manera, la inclinacin utilizada en la instalacin de los mdulos se hace

relevante para optimizar la energa cosechada.

INCLINACIN DE LOS MDULOS

En sistemas que no poseen dispositivos de seguimiento solar, es necesario definir

el perodo del ao en el cual se desea maximizar la energa recibida, ya sea

invierno, verano o el mximo promedio anual.

Utilizando el criterio del mximo anual, se determina que la inclinacin ptima del

mdulo (para un azimut de 0) est dada por la expresin

||(2.8)

Por otra parte, la literatura utiliza las expresiones

|| (2.9)

Para maximizar la energa recibida en el mes de menor radiacin (invierno), con

= ngulo de inclinacin ptimo de los mdulos y = latitud del lugar.


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Las expresiones mencionadas anteriormente son aproximaciones basadas en la

experiencia. Sin embargo, la mejor manera de obtener la inclinacin ptima de los

mdulos es con los datos de radiacin para distintas inclinaciones y azimut de

cada localidad, como se indica a continuacin.

Fig. 2.9 Radiacin en kWh/m2 para la ciudad de Copiap (27,35 latitud sur). La tabla

corresponde a un azimut de 0. Fuente Irradiancia Solar en Territorios de la Repblica de Chile,CNE / PNUD / UTFSM, 2008.

El valor mximo anual, como se aprecia en la figura 2.9, se obtiene a los 17 de

inclinacin, por lo tanto, ste es el ngulo de inclinacin de los mdulos, que se

obtiene aplicando el criterio del mximo promedio anual.

El valor mximo en el mes de junio, que se observa en la figura 2.9, se obtiene a

los 47 de inclinacin. Por lo tanto, ste ser el ngulo de inclinacin de los

mdulos, que se utiliza para maximizar la energa recibida en invierno, aplicandoel criterio del mes de menor radiacin.

Finalmente el valor mximo en el mes de diciembre, segn la figura 2.9, se obtiene

a los 17, por lo que los mdulos tendrn ste ngulo de inclinacin para

maximizar la energa recibida en verano, aplicando el criterio del mes de mayor

radiacin.

Es recomendable obtener la inclinacin ptima basndose en datos reales, y slocuando no se disponga de tablas de radiacin para distintas inclinaciones se

deben utilizar las expresiones 2.8 o 2.9.


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4.CONDUCTORES

El cableado para la etapa de CC debeser elegido de manera tal, que la cada de

tensin en ste no supere el 1%. La seccin del conductor se calcula mediante laexpresin

(2.10)

Siendo la longitud del conductor, la resistividad del material ( para el cobre a 20 C), la intensidad que circula por el conductor y la tensindel sistema. Conocida la seccin del conductor, se aproxima a secciones

comerciales (utilizando las tablas que se muestran en las figuras 2.10 y 2.11),

verificando que la corriente mxima admisible sea superior a la corriente que

circula por l.


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Fig. 2.10 Intensidad de corriente admisible para conductores aislados fabricados segnnorma europea. Secciones milimtricas. Temperatura de servicio: 70C. Temperatura ambiente:30C. Fuente: Norma Chilena de Electricidad N4/2003.

Fig. 2.11 Intensidad de corriente admisible para conductores aislados fabricados segnnormas norteamericanas. Secciones AWG.Temperatura ambiente 30C. Fuente: Norma Chilenade Electricidad N4/2003.

Es importante sealar que la seccin no debe ser menor a la del conductor que

sale de la caja de conexiones trasera del mdulo fotovoltaico. Por otra parte, laaislacin debe ser resistente a la intemperie y a los rayos UV.

Para el cableado en un sistema de corriente alterna, la Norma Chilena de

Electricidad N4/2003 establece que la seccin mnima que se debe utilizar en


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circuitos de potencia es de 1,5 mm2. Adems, para secciones superiores a 10

mm2, el conductor debe ser del tipo cableado (mltiples alambres conductores), y

se deben observar las disposiciones del artculo 8 de la mencionada norma, que

hace mencin a los materiales y a los sistemas de canalizacin. No obstante, para

el correcto dimensionamiento de los conductores en largas distancias (a partir de

50 metros) se sugiere usar la norma Nch 2625.Of2001, Dimensionamiento

Econmico de Conductores, ya que con ello se disminuyen las prdidas por efecto

Joule y las emisiones de gas invernadero a la atmsfera.

Ejemplo de diseo:Se desea conectar un string de 4 mdulos fotovoltaicos a un

inversor. Las caractersticas de cada mdulo son una potencia nominal de 150Wp, una tensin de circuito abierto de 21,6 V, una corriente de cortocircuito de

8,32 A, una tensin en el punto de mxima potencia de 18 V y una corriente en el

punto de mxima potencia de 7,78 A. Considerando que se encuentran a 10

metros del inversor, Cul es la seccin mnima del conductor que hay que

utilizar?

Solucin: La corriente mxima de trabajo del string es 8,32 A, mientras que la

tensin mxima es 86,4 V. Utilizando la ecuacin 2.10, se obtiene una seccinmnima de 3,5 mm2. Las secciones que cumplen este requisito son de 4 mm 2,

segn la normativa europea, y de 5,26 mm2(calibre 10 AWG), segn la normativa

norteamericana.

5.PROTECCIONES

Una parte importante del sistema son las protecciones, tanto de los equipos como

de los usuarios. Estas se pueden dividir en protecciones fsicas y proteccioneselctricas.

PROTECCIONES FSICAS


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La proteccin fsica es la que otorga la carcasa del equipo elctrico frente a la

entrada de polvo y de agua. La norma internacional CEI 529 de la Comisin

Electrotcnica Internacional establece un cdigo numrico, que define los grados

de proteccin del equipo. Este cdigo est formado por las letras IP (ndice de

proteccin) seguidas por una combinacin de dos cifras, cuyos significados se

muestran en la figura 2.12.

Fig. 2.12 ndices de proteccin.

En el caso de los sistemas de generacin fotovoltaicos conectados a la red, el

ndice de proteccin se aplica a los inversores, a los medidores, a los conductores

conectores y a las cajas de conexin. Para los equipos cercanos a los mdulos,


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es recomendable un IP65 o superior, debido a que las labores de limpieza pueden

salpicar agua.

Fig. 2.13 Fusible y portafusible para instalaciones fotovoltaicas. Fuente: Schurter.

PROTECCIONES ELCTRICAS

La finalidad de estos elementos es resguardar a los usuarios y a los equipos frente

a un funcionamiento anormal del sistema, que haya sido provocado por diferentes

causas.

Como primera medida de proteccin, es importante conectar todas las partes

metlicas de la instalacin a la tierra de proteccin, esto incluye los marcos de los

mdulos y las estructuras de soporte, junto a las carcasas de los equipos (ver

recomendaciones de cada fabricante).

El inversor tambin provee elementos de proteccin como la aislacin galvnica y

la proteccin anti-isla. La primera tiene por objetivo separar las etapas de CC y CA


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en caso de fallas, mientras que la segunda evita la inyeccin a la red cuando sta

falla. La proteccin anti-isla es necesaria en sistemas conectados a la red, ya que

se transforma en una medida de proteccin para los operarios de las lneas

elctricas.

Finalmente, es necesario implementar un interruptor entre el generador y el

inversor para desconectar al primero del segundo, facilitando de esa forma, las

labores de mantencin. ste debe ser bipolar, ya que debe permitir la

desconexin, tanto del conductor positivo como del conductor negativo.

Adems de las protecciones mencionadas anteriormente, es importante incorporar

protecciones contra sobre intensidades como disyuntores y fusibles.

CLCULO DE LA PROTECCIN CONTRA SOBRE INTENSIDADES

La proteccin contra sobre intensidades en el lado de CA corresponde al

disyuntor, el cual debe ser dimensionado de manera tal que supere la corriente

mxima del inversor, y sea menor a la corriente de servicio del conductor

asociado.

Por otra parte, la proteccin en el lado de CC es proporcionada por los fusibles,

para ambos conductores de corriente continua. En algunos casos, el fabricante del

mdulo entrega el valor del fusible que se hay que utilizar en la instalacin. En

caso contrario, es necesario determinar cul es la corriente mxima inversa del

arreglo fotovoltaico, de la forma

(2.11)

Donde es la corriente inversa mxima, es la corriente de cortocircuito y es el nmero de strings en paralelo. Posteriormente, se compara este valor con el

parmetro del mdulo llamado resistencia a la corriente inversa. Si la corriente


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inversa mxima es superior a esta ltima, es necesario un fusible, cuyo valor se

recomienda 1,7 veces superior a la corriente de MPP del mdulo.

Es importante recordar que el valor del fusible debe ser menor a la mximacorriente admitida por el conductor, por lo que en caso de ser necesario, se debe

aumentar la seccin del conductor para cumplir con esta condicin.

Ejemplo de diseo: Se desea conectar un string de 4 mdulos fotovoltaicos a un

inversor. La corriente de MPP es de 8,32 A y se utiliza un conductor calibre 14

AWG (2,08 mm2). Cul es la corriente nominal de la proteccin contra sobre

intensidad?

Solucin:La corriente de trabajo del string es de 8,32 A, mientras que la corriente

mxima que soporta el conductor es de 25 A, por lo tanto la corriente nominal del

fusible es de 15 A.


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Fig. 2.14 Diagrama de una instalacin fotovoltaica conectada a la red. Se observan los fusiblespor string, el interruptor que desconecta el generador del inversor y los fusibles de la parte CA.Fuente: Sistemas de Energa Fotovoltaica y El Cdigo Elctrico Nacional, The PhotovoltaicSystems Assistance Center, Sandia National Laboratories.

7.PRDIDAS

En trminos de energa, las prdidas representan el porcentaje de la energa

recibida que no se utiliza, por lo tanto, se pierde. Es importante minimizar tanto

como sea posible, las prdidas del sistema, lo que se traduce en un mejor

rendimiento de los equipos y del sistema de generacin.

Las prdidas del generador son variables, ya que dependen de la suciedad del

mdulo, la temperatura de ste y del sombreado, por lo tanto, no se dispone de un

mtodo de clculo exacto para cuantificar las prdidas. Sin embargo, se pueden

estimar en menos del 10% para los factores antes mencionados.

PRDIDAS EN EL INVERSOR

Idealmente un inversor debera transformar toda la potencia de entrada en

potencia de salida. Sin embargo, el rendimiento (razn entre la potencia de salida

y la de entrada) nunca es del 100%. El fabricante entrega una curva de

rendimiento del inversor, donde se aprecia que ste aumenta a medida que la

potencia de entrada se aproxima a la potencia nominal del inversor.

Por lo tanto, el equipo inversor introduce prdidas al sistema, las que se

determinan mediante la curva de rendimiento (figura 2.9).


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Fig. 2.15 Curva de rendimiento de un inversor. Corresponde al modelo TG-IFI1.5KTL de lamarca Taiger.


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CAPTULO III.INSTALACIN DE SISTEMAS CONECTADOS A LA RED

Una instalacin fotovoltaica es un sistema elctrico, por lo cual deben tomarse en

cuenta todas las precauciones que este tipo de sistemas requiere, respetando lasnormativas aplicables a las instalaciones elctricas (norma elctrica Nch. 4/2003

de la SEC y todas aquellas que se encuentren vigentes).

En consecuencia de lo anterior, es recomendable que al menos un integrante del

equipo que ejecuta la instalacin cuente con la debida certificacin por parte de la

SEC, supervisando las acciones elctricas realizadas. Adems, en el caso de

instalaciones fotovoltaicas realizadas en altura, hay que considerar todas las

precauciones que esto implica (cuerdas de vida, arns, etc.) como se muestra en

la figura 3.1.

Fig. 3.1 Trabajo en altura. Ejemplo del uso de arns y cuerda de vida. Fuente: Sistemas SolaresTrmicos II, CDT, PNUD, Procobre.

En lo que refiere a las obras de instalacin que modifican la vivienda, es necesario

cumplir con la ordenanza general de urbanismo y construccin y con todas

aquellas ordenanzas municipales y leyes que se aplican para obras civiles, segnla normativa vigente.


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1.CONSIDERACIONES DEL SITIO DE INSTALACIN

Los mdulos pueden ser ubicados en el techo o directamente en el suelo. Un

factor comn para ambas ubicaciones es verificar la ausencia de sombras,recordando que el control del crecimiento de rboles cercanos forma parte de la

mantencin del sistema.

Fig. 3.2 Instalaciones sombreadas. Hay que evitar las situaciones de sombra en la instalacin.Fuentes: www.solardesign.co.uk, www.sma-america.com, chargingtheearth.blogspot.com,www.cubasolar.cu.

Es importante evitar que los animales y las personas circulen por el generador

fotovoltaico en las instalaciones a nivel de suelo, lo que hace necesaria la

instalacin de sealticas informativas (evitando que sombreen los mdulos).

Antes de proceder a la instalacin, hay que considerar todos los aspectos

logsticos, estos son:

La accesibilidad al sitio de instalacin

El mtodo de anclaje


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La manera de trasladar los mdulos (en especial para sitios en altura)

La figura 3.3 muestra, a modo de ejemplo, los puntos ms relevantes en una

instalacin de tamao medio, junto al tiempo estimado para cada tarea (das,

semanas, etc.).

Fig. 3.3 Carta Gantt para la instalacin. Se especifican las principales tareas y el tiempoestimado, para cada una. Fuente: Solener Ltda.

2.INSTALACIN DE LA ESTRUCTURA DE SOPORTE

La estructura de montaje debe ajustarse a la superficie de instalacin, ya sea

horizontal o inclinada, recordando cul es la orientacin e inclinacin idnea(captulo 2). El punto clave es la seleccin del mtodo de anclaje, ya que debe

soportar las cargas de traccin, mantener la estructura firme y evitar posibles

volcamientos por la accin del viento.

Fig.3.4 Mtodos de anclaje para superficies planas.Fuente: Schco International KG.


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Fig. 3.5 Mtodos de anclaje para superficies inclinadas. Fuente: S: Flex GmbH.

Hay que evitar las filtraciones y el deterioro de la superficie de la techumbre, que

se produce por el anclaje en las instalaciones sobre tejado. Adems, toda la

estructura debe estar conectada a tierra.

Fig. 3.6 Estructura de Soporte. En el detalle se aprecia el perno de anclaje. Fuente: Proyecto deGeneracin Fotovoltaica Chilectra-UTEM.


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3.INSTALACIN DE LOS MDULOS

Una vez que la estructura est montada, se procede a la instalacin de los

mdulos. Si los metales del marco del mdulo son distintos a los de la estructura,se debe evitar la corrosin galvnica, evitando el contacto directo entre ambos

materiales.

La distancia entre la superficie de montaje y los mdulos debe permitir que circule

el aire en la parte trasera del mdulo, asegurando la suficiente ventilacin de los

mdulos.

Fig. 3.7 Detalle del Montaje de los Mdulos. Se aprecia el montaje en la estructura. Fuente:Proyecto de Generacin Fotovoltaica Chilectra-UTEM.


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La fijacin del mdulo al marco se puede realizar mediante grapas, tornillos u otros

mtodos que aseguren un correcto anclaje. Es importante considerar las

recomendaciones especficas del fabricante para estos aspectos.

Al momento de instalar los mdulos, es recomendable cubrirlos, lo que evitar que

generen electricidad durante la instalacin.

3.1CONEXIN ELCTRICA

Es recomendable que todo sistema fotovoltaico sea instalado por personal tcnico

entrenado y calificado, que cuente con los conocimientos especficos que se

requieren para la instalacin. Los implementos mnimos de seguridad paratrabajos elctricos son los guantes aislantes y los zapatos de cuero sin elementos

metlicos, con suela aislante.

Al momento de conectar es importante identificar bien la polaridad de cada

mdulo, lo que evitar errores en la agrupacin serie y paralelo. Se recomienda

comenzar formando los strings (mdulos en serie) y una vez que estn

conformados todos los strings, se debe proceder a la conexin en paralelo (ver

figura3.8).

Fig. 3.8 Conexin en serie y en paralelo de mdulos.


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Los sistemas ms utilizados para la interconexin de mdulos son los conectores

MC3 y MC4, ambos a prueba de agua. El uso de estos sistemas de conexin

permite un montaje rpido, manteniendo la seguridad y la impermeabilidad del

sistema.

Fig. 3.9 Conectores a prueba de agua.A la izquierda se observan conectores MC4 y a la derechaconectores MC3. Fuente: Multi-Contact AG.

Bajo ninguna condicin hay que manipular las conexiones de corriente continua,

ya que una desconexin provocar un arco elctrico entre los conectores. De igual

forma, hay que evitar la manipulacin de cables energizados, y velar porque las

conexiones sean gestionadas slo por el personal que est calificado para ello.

4.PREPARACIN DEL CABLEADO

La instalacin del cableado deber hacerse en conformidad a la legislacin

vigente, y a las normativas tcnicas para instalaciones elctricas, de acuerdo la

norma elctrica Nch. 4/2003 para instalaciones en baja tensin.

Es importante que la aislacin de los cables sea apta para instalaciones a la

intemperie o que no queden expuestos a la radiacin en forma directa. Adems,

las lneas se deben tender de manera ordenada, esto permitir que circulen

fcilmente al realizar las mantenciones.


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Para realizar las conexiones, hay que utilizar los terminales adecuados para cada

equipo, lo que permitir reducir las prdidas y evitar desconexiones sbitas. Es

necesario cerciorarse de que los contactos se encuentren secos, limpios y firmes.

5.INSTALACIN DEL INVERSOR

La instalacin del inversor se debe realizar segn las especificaciones del

fabricante, tomando en cuenta la ventilacin, el anclaje, la orientacin, el ndice IP,

entre otros aspectos, ubicndolo cerca de la conexin del empalme, sin causar

estorbos ni perjuicios en el entorno.

Fig. 3.10 Instalacin y Co

borrador doc ssfv nov2013 consulta publica

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