Tema: Necesito ayuda con instalación FV (proyecto final carrera)

Hola, llevo un tiempo leyendo en el foro y la verdad, como estoy empezando en esto no me entero de mucho que digamos.
Haber si podéis echarme una mano, que la voy a necesitar, os estaré muy agradecido.

Soy estudiante de ingeniería electrónica y como PFC me propusieron una vivienda aislada de unos 200m2 para que sea autosuficiente con paneles solares.

La vivienda la he localizado en Arevalo, Avila (España)
Trabajaré a 48 voltios, y solo para los meses de julio y agosto (este es el mas desfavorable).
La energía que consume la vivienda con electrodomésticos y luces es de 4100Wh, he aplicado un margen de seguridad del 20%, luego me queda que necesito diariamente 4900Wh/día.
Teniendo en cuenta las perdidas de rendimiento de batería, inversor, regulador, efecto joule, días de baja insolación y profundidad de batería, me sale un coeficiente de perdidas de 0,6. Luego el consumo diario teniendo en cuenta el coeficiente de perdidas me sale 8170 Wh/dia

Y ahora viene donde quiero que me ayudéis, pues me es muy difícil elegir con la poca idea que tengo:

- Que paneles pongo, cuantos y como los conecto?
- Que baterias pongo, cuantas, y como las conecto?
- Que inversor pongo?
- Que regulador pongo?
- Y por ultimo que Grupo electrógeno pongo para una autonomía de 3 dias?


Sé que es mucho preguntar, pero agradeceré todas las respuestas porque de veras lo necesito.

Un saludo.

Unas primeras ideas para que vayas perfilando tu proyecto

Comentas que necesitas unos 5kwh al dia

Ese valor te da la cantidad de placas a instalar aplicando un factor de eficiencia/seguridad que determines en tu proyecto para dias malos (nubes, invierno, etc)

Cuantas y como?...

Dices que vas a poner un sistema a 48v.... luego primero tienes que elegir un regulador que te admita 48v de salida y "X" voltios de entrada (estamos hablado siempre de reguladores tipo MPPT) e "I" amperios de carga

Los "I" amperios que necesitas intenta calcularlos tu...si te pierdes te ayudamos
Los "X" voltios que aguante el regulador a la entrada nos dara junto con la tension en vacio de las placas que se elijan la configuracion serie/paralelo en la que se conectaran las placas al regulador


No dices nada de la potencia maxima (kw) que necesitas ...y ese valor te hace falta para seleccionar el inversor

Hola Mleon, muchas gracias por contestar y esas primeras nociones, la potencia máxima que necesito es 8170 Wh/dia que me sale de multiplicar los 4900Wh/día por el 0,6 que era el coeficiente de perdidas.

Gracias

Iniciado por antt9595

... 8170 Wh/dia que me sale de multiplicar los 4900Wh/día por el 0,6 que era el coeficiente de perdidas

En primer lugar es muy discutible un coeficiente de pérdidas de 0.6; me parece mucho más realista uno de 0.8. Pero ya he aprendido que en las PFC se suele exigir calcular con coeficientes ficticios, lejanos a los reales ...

Lo que sin duda haces mal, es aplicar ese coeficiente tanto a la producción como al consumo, de esta forma lo aplicas dos veces!
Te recomiendo aplicar el coeficiente de pérdidas a la producción y tomar el consumo real, en tu caso 4100Wh/día o, si quieres aplicar el margen de seguridad, 4900Wh/día

Hola el_cobarde, gracias por tu respuesta.

Buff, me pierdo un poco, a la producción no he aplicado el coeficiente de perdidas, solo al de consumo para saber cual es la potencia maxima que necesito, no? aclaramelo porque cada vez estoy mas perdido.

Gracias

Iniciado por antt9595

... a la producción no he aplicado el coeficiente de perdidas, solo al de consumo para saber cual es la potencia maxima que necesito ...

Disculpa, he metido la pata y tienes razón: Has aplicado ese "coeficiente de pérdidas" solo al consumo, no a la producción.
En este sentido lo haces bien, si quieres (o si te exigen) usar ese coeficiente.

Pero veo un problema con ese coeficiente, que, según tu, subsuma "el rendimiento de batería, inversor, regulador, efecto joule, días de baja insolación y profundidad de batería":
- Si las placas alimentan al consumo, no usas la batería - y viceversa. Es decir, de día cuenta el rendimiento del regulador y de las placas y de noche interesa el rendimiento de la batería
- El rendimiento del inversor sí que cuenta siempre
- Para los días sin sol tienes el grupo electrógeno; lo que debes definir, es cuantos días de autonomía exiges

Conclusión: No es correcto, calcular con un coeficiente global, debes indicar el rendimiento de los componentes (inversor, cables, regulador, batería etc.) por separado y aplicarlo cuando sea adecuado.


Ah, y una cosa que como ingeniero debes distinguir muy bien:
Los kWh/día (o Wh/día) no son la potencia máxima, son la energía consumida en 24 horas
La potencia máxima son los kW, cuando enchufas mucho consumo a la vez
Y tienes que diferenciar entre el consumo máximo contínua y el consumo pico (pocos segundos), cuando arranca un motor

Hola el_cobarde, gracias por la respuesta.

Los días de autonomia que tiene que darme el grupo electrógeno son 3.
Con lo de energía y potencia tienes toda la razón, me he liao, pero entonces no se a que potencia máxima (kW) que necesito se refería Mleon para calcular el inversor.

el coeficiente de perdidas lo saco de aqui:

Para obtener el consumo máximo de nuestra instalación, debemos tener en cuenta las perdidas, para ello, hay que calcular las pérdidas totales (Kt):

Kt = [1 – (Kb+Kc+Kr+Kx]*[1 *(Ka*Daut)/Pa]

Donde:

Kb= Coeficiente de pérdidas por rendimiento del acumulador. Indica la fracción de energía que la batería no devuelve con respecto a la energía absorbida precedente de los paneles y se debe, principalmente, a la energía calorífica que inevitablemente se produce durante los procesos químicos de carga y descarga, por lo general, tiene un valor del 5%, pero puede escogerse un valor de 10% para viejas baterías o fuertes descargas o bajas temperaturas.
Kc= Coeficiente de pérdidas debido al rendimiento del inversor. Siendo usualmente:
• 0,05 para convertidores senoidales puros, trabajando en régimen óptimo.
• 0,1 en otras condiciones de trabajo, lejos del óptimo
Kr =Coeficiente de pérdidas debido al rendimiento del regulador. El regulador disipa energía en forma de calor o bien corta el suministro durante ciertos períodos. Suele depender del regulador usado, pero si no se conoce se coge un valor por defecto del 10%.
Kx= Coeficiente de pérdidas por efecto joule o caídas de tensión, indica en porcentaje, el nivel de descarga al que puede ser sometida la batería, se toma un valor por defecto del 10 %.
Ka= Coeficiente de pérdidas debido a la autodescarga diaria de la batería, dada a los 20ºC. Esta pérdida suele venir en las hojas de características de la batería, su valor por defecto es del 0,5%.
Daut= Días de autonomía con baja o nula insolación.
Pa= Profundidad de descarga de la batería, por defecto se toman valores entre el 60 o 70%.

Aplicamos nuestra formula, con nuestros datos y obtenemos que:

Kt=[1-(0.05+0.05+0.1+0.1)]*[1-(0.05*3)/0.6]= 0.525

Redondeamos:
Kt = 0,6



Gracias y seguidme ayudando porfavor

Yo veo un poco exagerado tener tres días de autonomía y grupo electrógeno a la vez.

Si fuese tu, teniendo en cuenta que es para Julio y Agosto, pondría batería para un día, o menos, dependiendo de cuándo se den los mayores consumos, si por el día o por la noche, y en el caso de tener un par de días nublados, que tire del grupo.

Ten en cuenta que cuando hay sol, el sistema, primer suele tirar de las placas, y si falta lo coge de las baterías. También, en Verano, pese a que el día esté nublado, es raro que la potencia baje de un 25% con respecto a la nominal, por lo que algo se genera.

En conclusión, si partes de 8 kwh por día, 8 kwh de batería y grupo, de no ser que todos los consumos sean nocturnos, en cuyo caso iría a unos 12 kwh de batería.

Para generar 8 kwh, con 1.500 w en placas es suficiente, si la orientación es "normal".

Para el inversor, ten en cuenta la potencia máxima instantánea prevista.

Regulador, uno normal con mas de 30 A de carga y tensión admisible en función como configures las placas.

Hola Gabriel 2015, gracias por contestar.

Los 3 días de autonomía de las baterías, me lo exigen en el proyecto, y si ademas debo tener grupo electrógeno.

Una pregunta mas, que es la potencia máxima instantánea prevista, a tener en cuenta para el inversor (si ya se que estoy muy pez)

Gracias y un saludo

Iniciado por antt9595

... que es la potencia máxima instantánea prevista, a tener en cuenta para el inversor ...

Ejemplo: Si piensas poner la lavadora (1800W) y al mismo tiempo la vitrocerámica (1200W), la aspiradora (1600W), la nevera (400W) e iluminación (150W), entonces la potencia máxima instantánea sería de 5150W. El inversor debe poder con estos 5150W.

Gracias el_cobarde, el inversor elegido aguanta 5000W y de pico de potencia 10000W. Sera suficiente no?

Iniciado por antt9595

... el inversor elegido aguanta 5000W y de pico de potencia 10000W. Sera suficiente no?

Esto lo tienes que saber tú, dependiendo del consumo máximo que piensas enchufar.
Para darte una pista: Nosotros tenemos un consumo medio de 18kWh/día, con 4kWp en placa y dos inversores de 4kW en paralelo (8kW potencia contínua; 16kw potencia pico). Con algo de disciplina me iría bien con un inversor de 5kW / 10kW pico.

Gracias el_cobarde por tu respuesta y ayuda. Resumo un poco todo.

-La energia que consumo al dia (Cmax) ya con perdidas y todo es de 8300 Wh/dia.

-Mediante la siguiente formula calculo los Ah que suministra el panel al 90 % de rendimiento y con las horas de pico solar (HPS) del mes mas desfavorable, y la intensidad de cortocircuito (Isc) de los paneles elegidos.
Ah por panel = 0.9 * Hps* Isc= 0.9 * 7.18 * 9.2 = 59.45 Ah

-El número de paneles necesarios será:
Ah instalación = Cmax/ V instalación = 8338.8 /48 = 173.72 Ah
Nº de paneles en paralelo = Ah instalación / Ah por panel = 173.72 / 59.45= 2,92 ≈ 3

Nº de paneles en serie = V instalación / Vmpp = 48 / 30.6 = 1.56 ≈ 2
EL 30,6 es la Tensión en Pmax Vmpp

-Luego la instalación tendrá un total de 6 paneles dispuesto en 3 líneas en paralelo con 2 paneles en serie por línea.

-El campo de baterias lo calculo con estas formulas, donde Daut son los dias de autonomia de las baterias (exigido para el proyecto) y Pd es la profundidad de descarga de las baterías, y el 48 la tension a la que quiero que funcione la instalacion.
Pc = Cmax *D aut/ Pd = (8338.8 *3) / 0.8= 31270.5 Wh
Cc baterías = (31270.5)/48= 651.46 Ah

- El nº de baterias:
primero el número de baterías en paralelo:
Np acum = Cc batería /C nominal = 651.46 /218= 3.12 ≈ 4

baterías en serie:
Ns acum= V tacum/(V acum) = 48/12 = 4 baterías en serie de 12 voltios cada una

- El campo de baterías me queda con 4 líneas en paralelo y con 4 baterías en serie por línea.
Así obtengo la unión de baterías en serie de 12 voltios, cada una proporcionara una tensión total de funcionamiento de 48 V y la capacidad total de las 4 líneas en paralelo será la suma de las capacidades individuales de cada línea es decir 218 Ah *4= 872 Ah

- el inversor elegido como dije aguanta 5000W y de pico de potencia 10000W.

- Me falta de elegir el regulador.


Decidme si llevo bien o mal encaminados los cálculos, para cuando se los presente al tutor no lleve algo que sea una aberración, pues sera él quien después me guiara o pedirá que ponga mas o menos consumo o paneles o ...

Ah, comentar que no hemos tenido ni una sola asignatura en la carrera ni de energías renovables, ni fotovoltaica, ni nada parecido, por eso estoy tan tan pez.

Venga muchas gracias por vuestras ayudas.

Iniciado por antt9595

Mediante la siguiente formula calculo los Ah que suministra el panel al 90 % de rendimiento y con las horas de pico solar (HPS) del mes mas desfavorable, y la intensidad de cortocircuito (Isc) de los paneles elegidos ...

Un fallo grave: Has empleado Isc=7.18A, pero debes usar Imp. Sabiendo que Ump=30.6V e Isc=7.18A, sale Imp=6.5A, aproximadamente (tendrás paneles de 200Wp)

Iniciado por antt9595

El número de paneles necesarios será ... EL 30,6 es la Tensión en Pmax Vmpp ...

Aqui te haces un lío con la tensión e intensidad en entrada (FV) y en salida (batería) del regulador. Es contraproducente calcular en Ah, porque esta valor depende de la tensión; mucho mejor calcular en Wh o W.

En tu caso:
- Tienes paneles de 200Wp con 60 células (Ump=30.6V; Imp=6.5A). Cada panel te dará unos 1200Wh/día, en julio y agosto. Olvídate de las 9.2 HSP, en realidad serán los 1200Wh/día que te digo.
- Si tu consumo es de algo más de 8kWh/día, necesitarás 8 paneles de 200Wp, 1600Wp en total
- Con paneles de 60 células necesitas regulador MPPT, sí o sí
- Tienes que conectar 3 paneles en serie, para tener bastante tensión para ecualizar las baterías de 48V, aunque haga calor
- Monta 3 strings de 3 paneles en serie cada string, los 3 strings en paralelo al regulador ---> 9 paneles de 200Wp, 1800Wp en total
- El regulador tendrá que aguantar 1800W/48V = 37.5A; necesitas un regulador MPPT de 40A
- En entrada del regulador tendrás 19.5A a 91.8V; en salida serán 37.5A a 48V
- Tienes que dimensionar el cableado y las protecciones según estos valores

Iniciado por antt9595

El campo de baterias lo calculo con estas formulas ... el número de baterías en paralelo ...

Nunca conectes baterías en paralelo, se ciclan mutuamente y mueren pronto!

Para 3 días de autonomía necesitas una capacidad de 20kWh nominales (16kWh utilizables), porque consumirás 5-6 kWh/día y la FV producirá algo, aunque haga mal tiempo.
Estos 20kWh, a 48V, son 417Ah a C20
Nada de baterías en paralelo; 24 vasos estacionarios de 2V / 420Ah C20 en serie

Iniciado por antt9595

... comentar que no hemos tenido ni una sola asignatura en la carrera ni de energías renovables, ni fotovoltaica, ni nada parecido ...

Siendo así, no os deberían dar un tema fotovoltaico como PFC ...

Vaya cuantas cosas, muchísimas gracias por tu ayuda y dedicación el_cobarde.

Aclaro alguna cosa.
-los paneles son de Pmax=260W, Vmpp=30,6V, Impp=8,49A, 60 celulas 3 bus-bar en silicio policristalino de 156x156 mm
-La Isc no es 7.18A sino que Isc=9,2A
-Las HPS no son 9,2 sino que HPS= 7,17 correspondientes al mes de agosto

si te fijas bien en la formula, lo veras mejor
Ah por panel = 0.9 * Hps* Isc= 0.9 * 7.18 * 9.2 = 59.45 Ah

Seguiré mirando lo demás, porque me has dado tantos datos que no se por donde empezar.

Gracias de nuevo

Iniciado por antt9595

... los paneles son de Pmax=260W, Vmpp=30,6V, Impp=8,49A, 60 celulas

Entiendo, placas de 260Wp. De todas formas, te recomiendo 9 placas en 3 strings de 3 placas seriadas. Tendrás 9 x 260Wp = 2340Wp, que no es demasiado para un consumo de 8 o 9 kWh/día
Necesitarás un regulador MPPT de 50A, porque 2340W / 48V = 49A
Para 48V tienen que ser strings de 3 placas seriadas, sí o sí. Dos strings serían 1560Wp, que me parece justito. Mejor 3 strings.

Iniciado por antt9595

La Isc no es 7.18A sino que Isc=9,2A ... Las HPS no son 9,2 sino que HPS= 7,17

Vaya, he confundido Isc y HSP! Pero esto viene por no poner unidades a los valores!
Como ingeniero deberías poner mucha atención en siempre añadir las unidades correctas!
Pero a pesar de este fallo, mi recomendación sigue válida; solo tienes que sustituir los valores equivocados por los correctos.

Gracias, el_cobarde por estar tan atento, esta tarde he mandado los cálculos al profesor para que me los corrija y me diga en que voy mal, que seguro son muchas cosas, pero así también ve que estoy en ello.

La verdad es que con las unidades de las hojas características de cada componente me lio un poco, porque en cada una especifican una cosa diferente.

Por ejemplo en las de los módulos fotovoltaicos viene:
-Potencia del modulo (Pmax): 260W y tu me dices que son 260Wp

En las baterias que he elegido viene esto, que no se la diferencia entre C100 y C10
- Capacidad de carga en C100: 250Ah.
- Capacidad de carga en C10: 200Ah.
- Y no viene el valor de la profundidad de descarga, hay alguna formula para calcularlo, o puede que lo llamen de otra forma?

El regulador tiene estas características, que están dentro de lo que tu me indicas.
-Voltaje del sistema nominal: 12V, 24V o 48V
-Corriente de carga nominal: 60A
-Rango MPPT: 60V a 115V
-Máximo voltaje en circuito abierto: 145V DC
-Potencia de entrada máxima en paneles: 800W (a 12V) 1600W (a 24V) 3200W (a 48V)

Y en el inversor me viene esto:
Potencia cont. de salida 25ºC (VA): 5000
Potencia cont. de salida 25ºC (W): 4000
Pico de potencia (W):10000

La verdad tengo que trabajar mas lo de las unidades, sobre todo las mas importante de cada componente de la instalación

Venga un saludo.

Iniciado por antt9595

En las baterias que he elegido viene esto, que no se la diferencia entre C100 y C10

- C100 es la capacidad de una batería cuando se descarga en 100 horas
- C10 es la capacidad de una batería cuando se descarga en 10 horas. C100 > C10

Iniciado por antt9595

Capacidad de carga en C100: 250Ah ...

Estas baterías no te sirven; ya te lo había dicho. Deberías conectar bancos en paralelo, y esto no es recomendable.
Necesitas 24 vasos estacionarios de unos 400Ah C10 !

Iniciado por antt9595

Y no viene el valor de la profundidad de descarga, hay alguna formula para calcularlo, o puede que lo llamen de otra forma?

La profundidad de descarga es el tanto por ciento de capacidad residual cuando se cicla la batería.
Las baterías vienen con unas gráficas que te indican los ciclos de vida útil en función de la profundidad de descarga.

Gracias, el_cobarde de nuevo por tu respuesta, la verdad te estas portando muy bien conmigo y te estoy muy agradecido. Ahora tengo que irme a trabajar, a la tarde seguiré con los cálculos un saludo.