Tema: Estimación producción energética planta solar

Buenos días a todos los foreros. Soy nuevo por estos lares, aunque en las últimas semanas ya he consultado en varias ocasiones el foro. Tengo un problema que me trae de cabeza desde hace ya tiempo, a ver si podéis echarme una mano.

Me han solicitado que realice una estimación de consumo para la instalación sobre tejado de paneles solares, para presentar un estudio de amortización. Soy nuevo en lo que se refiere a energía solar, y llevo una semana investigando y dando vueltas, pero no consigo avanzar. He obtenido los datos de irradiancia global horizontal horaria (W/m2) de PVGIS (la última versión) de una año tipo. Además, del foro, también he sacado el factor "k" de conversión para pasar a plano inclinado. Y también tengo cómo calcular las diferentes pérdidas por instalación y derivados.Hasta ahí bien.

El problema, que no consigo aclararme, es sabiendo que la planta es de 100 kWp, ¿cómo puedo obtener la producción de energía por hora según la irradiancia por módulo o por la instalación completa? Es una estimación que tampoco tiene que ser estrictamente precisa (conozco sistemas de simulación como PVSyst que realizan el cálculo, pero es de pago...). Espero haberme explicado bien, y muchas gracias por cualquier ayuda. Adjunto el fichero que he descargado de PVGIS.Datos.rar

Buenas,

Para empezar, eres estudiante o trabajador?
Si es para un trabajo de clase, puedes usar la versión de prueba de PVSyst.
Si es para un trabajo profesional, es complicado lo de obtener una producción por horas de una instalación en proyecto. De hecho no creo que se haga esto para los estudios de amortización, con las medias de producción mensual/anual debería bastar.

Supongo que la instalación es un proyecto, no? De qué datos dispones?

Gracias por responder Adriancm. Decirte que estoy entre ambos, estoy como becario. Le he comentado a mi jefe respecto a PVSyst, pero dice que es puntual, que puede repetirse en alguna ocasión más, pero que no se mete en licencias con algo tan puntual. Al final la amortización seguramente la calculemos como tú dices (es algo que todavía está en el aire), pero necesita el estudio para convencer al cliente, y quiere mostrarle enfrentados el consumo que tiene en los diferentes períodos de facturación y la producción, obteniendo así diferencias horarias, no a nivel mensual, para que llame más la atención.

Respecto a los datos, la planta ya la tiene calculada (nº de módulos, potencia pico total, etc..), y tenemos los datos de consumo por facturación y los datos de PVGIS que adjunto en el post. Como comentaba, en principio lo único que me falta (por ahora) es poder convertir los datos de irradiancia (w/m2) en producción (kWh), pero estoy bastante perdido y no quiero meter la pata más de la cuenta. Sé que PVSyst realiza todo el proceso, pero me han pedido que lo haga de esta forma...

Entiendo... veo que no soy el único becario que tiene que apañárselas por su cuenta cuando se supone que tenemos un "tutor" que nos enseña jeje
Pues a ver, teniendo los datos de radiación, puedes hacer los cálculos teóricos según las especificaciones de los fabricantes, y a eso aplicarle unos coeficientes de corrección y pérdidas para ser conservador en los resultados.
La fórmula aproximada para el cálculo de la producción es esta:

P = Pn*G/1000*(1+kp*(Tc-25))

Pn es la potencia nominal del panel (DS)
G la radiación (GIS)
kp el coeficiente de variación de la potencia con la temperatura (DS)
Tc la temperatura de célula.

La Tc la puedes aproximar con esta:

Tc = Ta + (NOCT-20)*1000/800

Ta es la temperatura ambiente (GIS)
NOCT es la temperatura en condiciones nominales (DS)

Cuando pongo (GIS) es que lo sacas de los datos del PVGis y si pone (DS) es que lo pone en el datasheet del fabricante

Con esto ya tendrías la producción teórica en salida de los paneles... mañana saco un ratillo y sigo con las pérdidas en el cableado y los inversores.

Espero que te sirva.

Muchas gracias por la info, así da gusto trabajar.

Tengo algunas dudas. Soy de los que no contentan con aplicar una fórmula sin entender de donde viene, y el principal problema es que al comprobar las unidades de las variables que me presentas no encuentro coherencia. Según la fórmula de la producción (poniendola en sus respectivas unidades) tendría lo siguiente:

kWh=w*(w/m2)/1000*(1+%*(ºC-25)

Espero haber expresado bien mi duda. Otra duda que tengo es, tras reviar las especificaciones de varios módulos que tengo, siempre especifican la potencia pico en condiciones STC, valor que no creo que alcance la potencia nominal que me comentas. ¿Es posible que deba obtener dicha potencia nominal aplicando la eficiencia del módulo a la potencia pico?

De todo lo que he ido recabando de información, tengo la definición de potencia nominal como la suma de potencias de los inversores a instalar. De nuevo muchas gracias por tu ayuda.

Se me olvidaba comentarte que de las pérdias si que he encontrado información, estableciendo una tabla con valores aproximados en tanto por cierto de pérdida, (veo que ya aplicas directamente en la fórmula que me has dado la pérdida por temperatura, pero yo tengo definido sólo kp, no 1+kp, resultando un coeficiente en torno a 0.0035 según la bibliografía)). En tu caso, tengo un coeficiente del fabricante de -0.45, resultando 1+kp como 0.55.

Eso está bien, a ver si puedo aclararte las dudas.

P [W] = Pp [W] * G [W/m2] / Gstc [W/m2] * (1 + kp [p.u/ºC] * (Tc [ºC] - Tstc [ºC])

P: potencia instantánea producida. Si los datos que vas a utilizar de radiación y temperatura son horarios, esta potencia instantánea se puede asimilar directamente a Energía producida (ej: 15W de producción durante 1h es equivalente a 15Wh de energía). Si por ejemplo los datos fueran cada 5 min, habría que multiplicar la potencia producida por la fracción correspondiente de esos 5 min con respecto a 1h (o 60min), es decir: P[W]*5min/60min=E[Wh].

Pp o Pn: ahi tienes razón, mejor llamarlo Potencia pico para no confundirlo con la potencia nominal de la instalación. Es la potencia en condiciones STC que da el fabricante.

Gstc: la radiación se divide por Gstc (que son 1000 W/m2) para conocer la fracción de radiación que reciben los paneles con respecto a la condición STC. Ya que la variación de la potencia con la radiación es directamente proporcional.

kp: el fabricante lo da en %/ºC, pero hay que pasarlo a "por unidad", es decir, dividirlo por 100. El valor de -0.45 %/ºC pasaría a -0.0045 pu/ºC y 1+kp sería 0.0055, que es un valor correcto.

Tstc: es la referencia de las condiciones STC en temperatura (25ºC).

Efectivamente la potencia nominal de una instalación es la suma de las potencias de los inversores.

Muchas gracias por todo, ahora sólo me queda averiguar qué intervalo de tiempo utiliza PVGIS para los datos que proporciona, porque no se especifica en el fichero descargado, y me parece unos saltos muy grandes de valores de irradiancia entre horas consecutivas. A ver si hay suerte y puedo encontrar una forma de contactar con ellos, deséame suerte. De nuevo gracias por todo.

P.D.: como ya comentamos, una vez obtenida dicha energía, sólo me queda aplicarle los diferentes tipos de pérdidas, que según he visto por encima en la bibliografía que he conseguido, están en torno a un 20%.

Según el fichero que adjuntaste en el primer mensaje, los datos son horarios. Aunque les veo una pega, los datos de radiación que te dan, son la radiación en plano horizontal y la radiación normal directa (el plano normal es el que está siempre perpendicular a la radiación). Estas dos no te sirven realmente para conocer el recurso real de la instalación, ya que ni va a estar colocada horizontal, ni tendrá seguidor de 2 ejes. Mira a ver si en PVGis te permite descargar los datos de radiación en un plano inclinado, en el que le des tu la inclinación que van a tener los paneles.
Suerte con el proyecto, y si tienes cualquier otra pregunta, no dudes en hacerla.

Según leí en otro post del foro, la radiación global horizontal puedo transformarla a plano inclinado utilizando el factor "k", obtenido a partir de una tabla excel que proporcionaba un compañero del foro. Te agradecería que me confirmases si he malinterpretado dicha información. Creo recordar que si que se podía solicitar en plano inclinado, pero no del "año típico" que calculan en el período 2006-2016 (si no recuerdo mal).

Ese factor k, si no me equivoco, está sacado de las tablas del IDAE, y sirve para calcular radiaciones medias mensuales, no horarias.

Efectivamente está sacado de ahi, entonces hay algún modelo para convertir las radiación global horizontal en radiación en plano inclinado? He leído algo acerca de este tipo de transformación, pero no consigo bibliografía a seguir para poder comprender este paso. He leído algo acerca de una transformación trigonométrica, teniendo en cuenta la declinaciónsolar en cada hora, pero las fórmulas que he encontrado son algo difusas, no consigo entender 100% el planteamiento.

Investigaré PVGIS al respecto...

Yo empecé a desarrollar un modelo para transformar la radiación horizontal a la de plano inclinado pero efectivamente es complicado. A mi como ingeniero me faltan conocimientos de matemáticas/trigonometría para entender como se hace.
De todos modos si te manejas con el programa R Studio, te puedo pasar el modelo. Lo que hace es según la latitud del emplazamiento te calcula la posición del sol en cada momento y la radiación horizontal incidente, sin nubes. Y a eso le añadí una corrección para transformarlo al plano inclinado, pero no me convencen los resultados que salen.

"P [W] = Pp [W] * G [W/m2] / Gstc [W/m2] * (1 + kp [p.u/ºC] * (Tc [ºC] - Tstc [ºC])"

¿ Esta fórmula no debería ser así:?

"P [W] = Pp [W] * G [W/m2] / Gstc [W/m2] / (1 + kp [p.u/ºC] * (Tc [ºC] - Tstc [ºC])"

La voy a poner en formato ecuación, que igual nos estamos haciendo un lío:


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Creo que ya se porque has dicho eso Gabriel 2018.
Cuando hemos dicho en mensajes anteriores que 1+kp era 0.0055 no era correcto, ya que en ningún momento se aplica esa suma directamente. Primero hay que multiplicar kp (que es negativo) por la diferencia de temperaturas y luego el resultado se "suma" al 1.

Yo, a parte de la respuesta que da Adriancm en el post, también tengo apuntes de una blibiografía que encontré en la red, en la que la parte de correción por temperatura del módulo aparece también igual, multiplicando. Ten en cuenta que es un ajuste por pérdida, que aplicas un factor de reducción (el valor obtenido es inferior a 1), si lo divides, estás realizando un aumento, siendo este factor de reducción.

Creo que no es cuestión de si dividir o multiplicar; es cuestión de como poner los paréntesis en la fórmula ...

Ok. Ahora sí me cuadra. Si quieres una buena aproximación, puede utilizar los datos mensuales de PVGIS, se dan para el día 15 de cada mes, y luego interpolar. Con un polinomio de segundo grado el error debe ser muy muy pequeño.

Resumiendo (y de paso comprobar que no meto la pata), remito todos los pasos que voy a seguir:
- Acceso a PVGIS y obtención de valores horarios de radiación inclinada (determinar un modelo de conversión entre radiación horizontal e inclinada parece por ahora algo inviable) y los valores de temperatura.
- Cálculo de la potencia mediante la fórmula que aporta Adriancm, ajustándola por temperatura del módulo.
- Conversión de la potencia a energía (los datos de PVGIS son instantáneos, pero me han contestado y me han dicho que son promedios, que la conversión es directa de W a Wh.
- Aplicación de factores de pérdidas (instalación, inversor, cableado...) para el mejor ajuste de producción energética.

Creo que no me dejo nada y que todo el proceso es correcto, teniendo en cuenta que es una estimación de producción energética.

Muchas gracias a todo por la info, y a ti Adriancm por toda la ayuda aportada. Si no hacéis ningún comentario al respecto del resumen, creo que ya podemos dar por zanjado el post.

Ya que hemos hablado de ello, he modificado un poco el modelo para ver si funciona.
Si alguno manejáis el software R y queréis comprobar datos, aqui os dejo el programa:
https://we.tl/nNmN0fusDs

Hace dos cosas, primero calcula la radiación teórica que llega al emplazamiento y luego la transforma al plano inclinado, por tramos horarios.
Si le metéis vosotros la radiación horizontal desde PVGis, podéis reemplazar la primera parte del programa por una entrada de fichero.
Y si tenéis dudas de los datos que hay que poner, me podéis preguntar.

Casualmente me han pedido que incluya este modelo en el proyecto que estoy haciendo ahora en el trabajo, así que lo voy a ir mejorando y os mando la versión final cuando la tenga.

Si alguno de vosotros tiene datos tanto de radiación horizontal, como inclinada de un mismo sitio, estaría encantado de que me los cedierais para verificar el modelo.
https://we.tl/C6hkjvCQai versión actualizada

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Mi intención, una vez compruebe que se genera correctamente la radiación, es añadirle también un modelo de comportamiento de placas fotovoltaicas, que tenga en cuenta la degradación temporal de estas, y que así os pueda servir para comparar producción real con teórica en días soleados.

No se si te puede servir los que utilizo en sendos libros de cálculo, "Solar-aislada..." y "Solar-red..." que están en el área de "Descargas".

Iniciado por Adriancm

Ya que hemos hablado de ello, he modificado un poco el modelo para ver si funciona.
Si alguno manejáis el software R y queréis comprobar datos, aqui os dejo el programa:
https://we.tl/nNmN0fusDs

Hace dos cosas, primero calcula la radiación teórica que llega al emplazamiento y luego la transforma al plano inclinado, por tramos horarios.
Si le metéis vosotros la radiación horizontal desde PVGis, podéis reemplazar la primera parte del programa por una entrada de fichero.
Y si tenéis dudas de los datos que hay que poner, me podéis preguntar.

Es muy útil, intentaré echarle un vistazo cuando saque un hueco. Al final he avanzado bastante con lo mío, pero me ha surgido una curiosidad para otro caso, en el que la instalación se pretende situar cerca de un edificio, lo que conlleva sombras sobre la planta.

He buscado información al respecto, y he encontrado información sobre un modo de cálculo de pérdidas por sombras cercanas mediante un diagrama de trayectorias del sol (según la fuente es funcional para toda España). Se supone que se dibuja el obstáculo sobre el diagrama y así se obtiene el porcentaje de pérdidas. La duda es que los datos que utilizo son altura del edificio y posición respecto a las placas, pero en ninguna parte se menciona la distancia horizontal al edificio.

https://www.google.es/url?sa=t&rct=j...-67zIf9FzoEmOG

Buenas tardes
Adriancm, ¿podrías facilitar la bibliografía de la cual sacaste esa formula?
Muchas gracias