Tenemos la energía demandada proyectada a 20 años que es 46721.36 W.h, pero esta no es la energía que entrega directamente el sistema como tal, sino que está afectada por un factor de pérdidas definida por las siguientes fórmulas:
𝐸
𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎= FxE
sistema𝐹 = 1 − [𝑓
𝑎𝑥𝑁
𝑝
𝑑] − 𝑓
𝑏− 𝑓
𝑖− 𝑓
𝑗Siendo:
𝑓a: Fracción de energía perdida por auto descarga = 0.005 𝑓b: Factor de perdidas debido al a eficiencia de la batería = 0.05 𝑓i: Factor de perdidas debido a la eficiencia Del inversor = 0.13 𝑓j: Factor de perdidas global debido al calentamiento
conexiones, etc. =0.05
𝑃d: Profundidad de descarga máxima de las baterías=0.7 N = Días de autonomía.
93 𝐹 = 1 − [0.005𝑥2
0.7 ] − 0.05 − 0.13 − 0.05
𝐹 = 0.755
Luego reemplazamos en la siguiente formula:
𝐸𝐷 = 𝐹𝑥(𝐸𝐷)
Donde:
ED: Energía Demandada
F: Factor de Pérdida
ED: Energía Demandada
Balance de Energía
La energía que debe suministrar el conjunto aerogenerador y generador fotovoltaico es de 46721.36 Wh resultado de dividir la energía dentro de 20 años entre el factor de pérdida que es 0.755, el aerogenerador suministrará 3078.28 Wh. Por lo tanto, el generador fotovoltaico debe suministrar como mínimo 43643.076 Wh
Tabla 10 Balance de Energía en el Mes Crítico Junio
Fuente: Elaboración Propia
ENERGÍA SUMINISTRADA POR ENERGÍA Wh PORCENTAJE
AEROGENERADOR 3078.28433 6.588601574
PANELES FOTOVOLTAICOS 43643.07673 93.41139843
TOTALES 46721.36106 100
94 Tabla 11 Balance de Energía en el Mes Con Mejor Viento Noviembre
Fuente: Elaboración Propia
Tabla 12 Selección del Panel Solar
# Marca Potencia (W) Unidades Costo Unitario Costo Total Energía Entregada
1 Era Solar 320 30 783.97 23519.1 45312
2 Jinko 325 30 848.43 25452.9 46020
3 Csun 320 30 907.69 27230.7 45312
4 Canadian Solar MaxPower 320 30 963.2 28896 45312
5 Waree 200 48 752.12 36101.76 45312
6 TAI Energy 300 32 1143.87 36603.84 45312
7 Era Solar 300 32 723.2 23142.4 45312
Fuente: Elaboración Propia
De la tabla anterior, analizando tanto precio, energía entregada como también la disposición de los paneles y he tomado como decisión utilizar 30 paneles Marca Era Solar de 320W.
Tabla 13 Características Eléctricas del Módulo FV
Voltaje a Potencia Máxima 37.65 V Corriente a Potencia Máxima 8.5 A
Voltaje a Circuito Abierto 45.45 V Corriente de Corto Circuito 9.1 A
Fuente: Catálogo Era Solar
ENERGÍA SUMINISTRADA POR ENERGÍA Wh PORCENTAJE
AEROGENERADOR 17276.95652 36.97870981
PANELES FOTOVOLTAICOS 29444.40453 63.02129019
TOTALES 46721.36106 100
95 5.3.2.1. Número de Módulos Fotovoltaicos Conectados en
Serie
𝑀
𝑆=
𝑉
𝑇𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜𝑉
𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝐹𝑜𝑡𝑜𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑖𝑐𝑜⁄
𝑀
𝑆= 48𝑉 24𝑉⁄
𝑀
𝑆= 2
Donde: MS: Número de Módulos Fotovoltaicos en Serie VTrabajo: Voltaje de Trabajo
VMódulo Fotovoltaico: Voltaje del Módulo Fotovoltaico
5.3.2.2. Número de Ramas Conectadas en Paralelo
𝑅
𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜=𝑁
𝑃𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠𝑀
𝑆⁄
𝑅
𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜= 30 2⁄
𝑅
𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜= 15
Donde: RParalelo: Número de Ramas en Paralelo NPaneles: Número Total de Paneles
5.3.2.3. Energía Total Entregada por el Sistema Fotovoltaico
𝐸𝑇𝐹𝑉 = 𝑁𝑃𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 𝑥 𝑊𝑃 𝑥 𝑅
𝐸𝑇𝐹𝑉 = 30 𝑥 320 𝑥 4.72
96 La energía que necesitábamos producir con los paneles era de 43643.07 W.h y nuestro sistema produce 45312 W.h así que se concluye que nuestro sistema es capaz de abastecer con la energía necesaria al Centro Poblado Siete Techos. Ya que contamos con un exceso de energía, este podrá suplir los días en el que la velocidad de viento o la radiación se encuentren en niveles demasiado inferiores a los habituales.
5.3.2.4. Cálculo del Ángulo óptimo de inclinación
Utilizaremos para este cálculo el método de la Inclinación óptima anual.44
𝛽ó𝑝𝑡𝑖𝑚𝑜 = 3.7 + (0.69 𝑥 |𝛷|)
Donde:
Βóptimo: Ángulo óptimo de inclinación. Φ: Latitud del lugar
𝛽ó𝑝𝑡𝑖𝑚𝑜= 3.7 + (0.69 𝑥 | − 6.834903|)
𝛽ó𝑝𝑡𝑖𝑚𝑜 = 8.41°
Tomando el criterio técnico de evitar la acumulación de polvo ya que el lugar así lo amerita tomaremos como ángulo de inclinación 9°.
97 5.3.2.5. Dimensionamiento del Regulador o Controlador
a) Cálculo por Corriente:
Por el controlador debe pasar la energía generada por los paneles, se debe considerar el peor escenario, y este es el de la intensidad de corto circuito para todos los paneles.
El amperaje del regulador o controlador se determina con la siguiente fórmula:
𝐼𝑅 = 𝐼𝐶𝐶𝑥𝑁𝑃𝑥1.25
𝐼𝑅 = 9.1𝑥30𝑥1.25
𝐼𝑅 = 341.25 𝐴
b) Cálculo por Voltaje:
Los paneles fotovoltaicos gozan de una tensión máxima cuando se encuentra a circuito abierto y el valor de esta tensión se calcula con la siguiente ecuación:
𝑉𝑚á𝑥−𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 1.25𝑥𝑉𝐶𝐴𝑥𝑃𝑆𝑒𝑟𝑖𝑒
𝑉𝑚á𝑥−𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 1.25𝑥45.45𝑥2
𝑉𝑚á𝑥−𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟= 113.625 𝑉
De las diferentes opciones que nos brinda el mercado utilizaremos 3 controladores marca JNGE - 150A 24-240V.
98 Figura 29 Controlador Fotovoltaico 24-240V / 150A
Número de ramas de paneles conectadas a cada controlador 𝑹𝑪𝒐𝒏𝒕𝒓𝒐𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓=𝑵𝑹𝒂𝒎𝒂𝒔 𝒅𝒆 𝑷𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔 𝒆𝒏 𝑷𝒂𝒓𝒂𝒍𝒆𝒍𝒐 𝑵𝑪𝒐𝒏𝒕𝒓𝒐𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓𝒆𝒔 ⁄ 𝑵𝑹 = 𝟏𝟓 𝟑⁄ 𝑵𝑹 = 𝟓
Tenemos como resultado 5 ramas de paneles conectadas a cada regulador.
Teniendo en cuenta la tensión de circuito abierto se tuvo que esta es de 113.625 V, en la ficha técnica del controlador vemos que la tensión máxima de circuitos abierto es de 240 V así que es óptimo para nuestro sistema.
99 En cuanto a la potencia, a cada controlador estarán conectados 10 paneles de 320W haciendo un total de 3200W, acepta como máxima potencia de entrada 18000W así que es óptimo para nuestro sistema.
5.3.2.6. Dimensionamiento del banco de baterías
Para el dimensionamiento de un banco de batería necesitamos realizar 3 cálculos, estos son la capacidad mínima del banco de baterías, el número de baterías conectadas en serie y el número de baterías conectadas en paralelo.
Capacidad mínima del banco de baterías
𝐶𝑀 = (𝑁𝑥𝐸𝐷)/(𝑃𝐷𝑥𝑉𝑇) 𝐶𝑀 = ( 2𝑥46721.36 0.7𝑥48 ) 𝐶𝑀 = 2781.03 Donde:
o CM: Capacidad mínima del banco de baterías.
o N: Días de Autonomía del Sistema.
o PD: Profundidad de Descarga.
o VT: Voltaje de Trabajo del Sistema.
100
Número de baterías conectadas en Serie
𝑵𝑩𝑺 =𝑽𝑻 𝑽𝑩 ⁄ 𝑵𝑩𝑺= 𝟒𝟖 𝟏𝟐⁄ 𝑵𝑩𝑺= 𝟒 Donde:
o NBS: Números de Baterías Conectadas en Serie
o VT: Voltaje de Trabajo del Sistema.
o VB: Voltaje de la batería.
Número de baterías conectadas en Paralelo
𝑵𝑩𝑷 =𝑪𝑻 𝑪
𝑩
⁄
Analizando en diversas fuentes como catálogos diferentes clases de batería analizando capacidades y diferentes características hemos decidido seleccionar batería Marca Rolls Modelos 12 CS 11P con capacidad de 503 Ah.
101 Figura 30 Batería Rolls 12CS11P 503 Ah
Fuente: http://www.rollsbattery.com/battery/12-cs-11p/
𝑵𝑩𝑷 = 𝟐𝟕𝟖𝟏. 𝟎𝟑 𝟓𝟎𝟑⁄
𝑵𝑩𝑷 = 𝟓. 𝟓𝟑
𝑵𝑩𝑷 = 𝟔
El número total de baterías es la multiplicación del número de baterías en serie por el número de baterías en paralelo haciendo en este caso un total de 24 baterías.
5.3.2.7. Dimensionamiento del inversor
Hallaremos la potencia de entrada del inversor con la siguiente fórmula:
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 =𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎⁄𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 10440 0.975⁄
102 Revisando las diferentes opciones del mercado en cuanto a precios y renombre de diferentes marcas hemos tomado como decisión trabajar con 2 inversores marca Must Solar de 6kW.
Figura 31 Inversor Must Solar de 6kW.
5.3.2.8. Dimensionamiento de los conductores eléctricos
Intensidad máxima Tramo Panel - Regulador
𝑰𝑴Á𝑿 = 𝟏. 𝟐𝟓 𝒙 𝑰𝑪𝑪 𝒙 𝑵𝑹𝒂𝒎𝒂𝒔 𝒆𝒏 𝑷𝒂𝒓𝒂𝒍𝒆𝒍𝒐 𝒄𝒐𝒏𝒆𝒄𝒕𝒂𝒅𝒂𝒔 𝒂 𝒄𝒂𝒅𝒂 𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓
𝑰𝑴Á𝑿= 𝟏. 𝟐𝟓 𝒙 𝟗. 𝟏 𝒙 𝟓
𝑰𝑴Á𝑿= 𝟓𝟔. 𝟖𝟕 A
Donde:
o IMÁX: Corriente máxima en el tramo panel – regulador. o ICC: Corriente de corto Circuito del Panel Seleccionado.
103 o NRAMAS EN PARALELO CONECTADAS A CADA REGULADOR: Número de
ramas de paneles conectadas en paralelo conectadas a cada regulador.
Intensidad máxima Tramo Baterías - Inversor
IMÁX = 1.25 x PCarga / (VMin de funcionamiento del inv x NInversor)
IMÁX = 1.25 x 6000 / (2 x 48 x 0.975)
IMÁX= 80.13
Donde:
o IMÁX: Corriente máxima en el tramo regulador - inversor.
o PCarga: Potencia máxima de la carga
o VMIN DE FUNCIONAMIENTO DEL INVERSOR: Tensión mínima de
trabajo del inversor
o NINVERSOR: Eficiencia del inversor.
Tabla 14 Caída de tensión permisible por tramo en la Instalación Fotovoltaica
TRAMO DEL CABLE TENSIÓN DEL SISTEMA CAIDA DE TENSIÓN PERMISIBLE (%) CAIDA DE TENSIÓN PERMISIBLE (v) PANEL – REGULADOR 48 1 % - 3 % 1.44 REGULADOR – BATERÍA 48 1% 0.48 REGULADOR - INVERSOR 48 1% 0.48
104 Para hallar la sección mínima de un conductor en un tramo determinado aplicamos la siguiente fórmula:
𝑆𝑀í𝑛 = 2𝑥𝐿𝑥𝐼 56𝑥∆𝑉⁄
Donde:
o SMÍN: Sección mínima del conductor (mm2)
o L: Longitud del tramo (m)
o I: Corriente para cada tramo de la instalación (A)
o ∆V: Caída de tensión permitida en el tramo (V)
Sección Mínima Tramo Paneles – Regulador
SMín= 2xLxI 56x∆V⁄
SMín= 2x10x56.87 56x1.44⁄
SMín = 14.1mm2
Sección Mínima Tramo Regulador – Inversor
SMín= 2xLxI 56x∆V⁄
SMín= 2x4x80.13 56x0.48⁄
SMín= 23.84mm2
El conductor seleccionado para estas conexiones es 2 – 1 x 25 mm2 NYY INDECO.
105 Tabla 15 Tabla de Datos técnicos NYY Dúplex
Fuente: Catálogo Conductor NYY INDECO
5.3.2.9. Espacio de montaje de SHEFV
Tomando en cuenta las medidas de los diferentes componentes del sistema híbrido de generación eólica fotovoltaica como también las recomendaciones para el montaje de un aerogenerador y obtuvimos como resultado un terreno con las medidas plasmadas en el ANEXO 12
Fachada: 80m Fondo:70 m
Área: 5600 m2 (0.56 ha)
Tomando un precio referencial de terreno eriazo S/.10000/ha tenemos un precio referencial de S/. 5600.45