SELECCIÓN DE PANELES SOLARES

Es preciso adaptar los paneles solares a las condiciones locales de irradiación y a la demanda energética del sistema. El generador fotovoltaico debe poner a disposición la suficiente potencia, también en aquellos meses de poca irradiación solar, para cubrir la necesidad de los consumidores conectados.

Junto a las condiciones atmosféricas hay otro factor que determina la incidencia de la radiación sobre un captador solar, el movimiento aparente del Sol a través de la bóveda celeste, a lo largo del día y del año .La Tierra describe un movimiento de traslación alrededor del Sol que sigue una trayectoria en forma de elipse (Fig.4.13). Durante el movimiento de traslación el eje de rotación terrestre forma siempre el mismo ángulo de 23,5° con la perpendicular al plano de

la eclíptica. Fig. 4.13 Movimiento de la tierra alrededor del sol [30]

Los parámetros que destacan el funcionamiento de la célula solar son:

Intensidad de cortocircuito, Corresponde a la intensidad de corriente eléctrica que se obtiene de la célula cuando, tras haber cortocircuitado sus terminales, la tensión en bornes es nula. Es la máxima corriente obtenible. Valores típicos de (10 a 40mA) por cm2 de celda.

Tensión en circuito abierto, Es la tensión en bornes máxima que puede obtenerse de la célula, cuando no hay conectado ningún consumo y la intensidad es nula. Potencia máxima o Potencia Pico, La potencia eléctrica extraída de la celda corresponde al producto del voltaje y la corriente. Esta potencia es cero tanto en circuito abierto como en cortocircuito de la celda. Existe un punto de máximo valor de la potencia denominado Potencia pico el cual corresponde al valor que entrega la potencia bajo unas condiciones estándar de la radiación incidente, entendida como el producto de la corriente y la tensión pico.

Eficiencia, la eficiencia de conversión energética de una celda se define como el cociente entre la potencia máxima que puede ser suministrada a una carga y la potencia de la radiación solar incidente.

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Los Efectos de la Irradiancia y la temperatura en un panel fotovoltaico son los siguientes:

La corriente generada por la celda es prácticamente proporcional a la radiación incidente sobre ella, siendo despreciable el efecto de la radiación sobre el incremento o decremento de la tensión de la celda. Mientras que el incremento o decremento de la temperatura afecta sensiblemente la cantidad de tensión generada en la célula, siendo menor a incrementos de la temperatura y viceversa. Los paneles fotovoltaicos se encargan de transformar la energía proveniente del Sol en electricidad, estos depende de otros elementos para su correcto funcionamiento como; Estructura de montaje, Diodos de bloqueo y de protección (by-pass), Cables conductores, fusibles, pararrayos y puestas a tierra

Al conocer que energía eléctrica se requiere generar por medio de paneles solares podremos determinar la cantidad de estos así como sus características, arreglos de conexión e instalación.

Se considera cubrir 97.9765 KW/H/D (tabla 4.1) solo con paneles solares, por lo que se necesita considerar la eficiencia de operación, de los equipos con los que trabajaran dichos paneles, descritos de la siguiente forma;

- Eficiencia del panel por trabajo sometido a temperaturas altas = 90%. - Eficiencia de las baterías con las que cuenta el sistema = 81 %. - Eficiencia de cable conductor = 97.5%

- Eficiencia del inversor con el que cuenta el sistema 95.5%

Lo que nos otorga un total de 67.87 % de eficiencia en el sistema, esto quiere decir que de cada kW Generado solo se entregan 678.7 W y se pierden 321.3 W. por lo que se necesita considerar que se requiere generar energía eléctrica un

32.13% extra, adicionado a la generación que se requiere cubrir.

Entonces al multiplicar 1.3213 (factor de corrección) por, los 97.9765 KW/H/DIA

que se requieren generar, se cubrirá la energía eléctrica perdida y la energía eléctrica demandada obteniendo así un total de 129.4563 KW/H/DIA.

Correspondientes a la energía eléctrica esperada generada por medio de paneles solares.

Los paneles solares que se citaron, es un producto donde su fabricación corresponde a la empresa Mexicana “SOLARTEC”, los cuales fueron seleccionados por sus amplias y positivas características técnicas con las que cuentan.

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Se trata del modelo “S72PC-295” (Fig.5.12) el cual es un panel solar con celdas de silicio policristalino, que tiene de área tan solo 2 m², pesa aproximadamente 22.5 Kg. Y será capaz de entregar una potencia máxima de 295 W.

“El modulo solar Solartec ST2PC-295 que se muestra en la siguiente figura, utiliza 72 celdas solares multicristalinas de última generación, aunado al optimo diseño del módulo, permitiéndole ofrecer una eficiencia de hasta 15.15% el reducido valor del coeficiente de voltaje-temperatura, y su desempeño excepcional en condiciones de baja iluminación permiten a los módulos entregar mucha mayor energía en condiciones de potencia máxima, en

comparación con los paneles convencionales. Materiales certificados, cristal templado y un robusto marco anodizado el cual permite al módulo operar sin problema alguno y en múltiples configuraciones de montaje.

Se considera un promedio anual de acuerdo a nuestra ubicación geográfica para la mayoría del territorio nacional de 5.23 KW/H/m² de radiación diaria. Tomando en cuenta la radiación anual mayor presentada en el territorio nacional, detectada y citada gracias al empleo del

software “RETSCREEN” proporcionado por diferentes instituciones como la “NASA”, “UNEP”,”GEF” Y “REEEP”. Se considera un promedio anual de 6.17 KW/H/m²/día.

Correspondientes a la zona del sur de México con datos meteorológicos ubicados en Tapachula Chiapas. Entonces se considera 6.17 KW/H/m²/día. Que se multiplicaran por 1.2, considerando el mínimo de ganancia obtenido por la correcta ubicación de dichos módulos instalándolos al Angulo correspondiente a la latitud N° donde se encuentre la instalación en este caso 14.9° grados de inclinación. Ya que se considera una ganancia de 20 a 30% extra de acuerdo a la radiación solar obtenida durante un

periodo de un día, obtenemos entonces

7.4040 KW/H/m²/día.

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En la siguiente tabla podemos observar la cantidad necesaria de paneles solares para cubrir la generación de energía eléctrica demandada, de acuerdo a su potencia máxima de entrega y a la radiación diaria promedio.

PANEL SOLAR POTENCIA

MAXIMA (W) H/DIA W/H/DIA TOTAL 1 295 7.404 2 184.18 60 17 700 7.404 131 050.8

TABLA 4.3 Generación de Energía Eléctrica por parte de Paneles Solares.

Tomando en cuenta que el 55% de la energía total demanda por el edificio habitacional, multiplicada por la eficiencia del sistema que abastecerá dicha energía, se obtuvo de 129.4563 kW/H/DIA, con la instalación de 60 paneles solares bastara para cubrir dicha demanda energética.

ARREGLO DE CONEXIÓN

Cada panel solar según los datos técnicos proporcionados por el fabricante (Fig.5.13), tiene una tensión a Circuito Abierto de 44.6 V y una tensión en el punto de máxima potencia de 37.82 V, así también presenta una Corriente Eléctrica de Corto Circuito de 8.48 A y una corriente en el punto de máxima potencia de 7.8 A.

Al recordar que el “Controlador de Carga Hibrido Eólico – Fotovoltaico” tiene la

característica de controlar hasta 2.2 kW de potencia por parte de Paneles Solares. Se podrá conectar hasta 7 Paneles Solares del modelo antes citado. Ya que cada uno cuenta 295 W, al conectar 7 paneles solares nos entrega un total de 2.065 kW potencia.

Tomando en cuenta que se utilizaran 6 Controladores de Carga Hibrido Eólico –

Fotovoltaico, y con la finalidad de balancear las cargas, solo se conectaran 6 paneles solares a cada controlador hibrido, dando un total de 36 paneles solares controlados de manera unida con los aerogeneradores. Y obteniendo así 24 paneles solares restantes de los 60 que se necesitan para satisfacer la demanda energética.

Los 6 paneles solares conectados a cada Controlador de Carga Hibrido da un total de 1.77 kW de potencia instalada en dicho controlador, así mismo al conectarlos en Serie, la tensión máxima y mínima que se puede presentar en el controlador por el arreglo en serie es 6 veces la tensión presentada por cada panel solar. Esto es: 44.6 x 6 = 267.6 V Max. y 37.82 x 6 = 226.92 V Min. Por consecuente la corriente se mantendrá con 8.48 A Max. y 7.8 A Min. Respetando así los parámetros de operación que solicita el controlador de carga.

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Los 24 paneles restantes serán conectados 6 en serie para obtener las mismas tensiones de operación, y 4 en paralelo lo que nos daría un total de 8.48 x 4 = 33.92 A Max. y 31.2 A Min. A continuación se muestra un fragmento del catálogo del fabricante donde se obtuvieron algunos de sus datos técnicos.

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