guía práctica ernc sistema fotovoltaico off grid

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP

GuíaprácticaERNCSistemafotovoltaicooffGrid

I. Presentación

Un sistema fotovoltaico es un conjunto de dispositivos eléctricos yelectrónicos que aprovechan la energía del Sol y la convienten enenergíaeléctrica.

Estos sistemas se basab en la capacidad que poseen las celdasfotovoltaicasdetransformarlaenergíasolarenenergíaeléctrica(DC).

Mediante el uso de inversores es posible obtener luego la corrientealterna, la cual puede ser utilizada en hogares o también aportarenergíaalaredeléctrica.

Existen sistemas fotovoltaicos denominados “Off Grid”, los cuales sonaisladosynoposeenlacapacidaddeentregarenergíaa laredpública;también existen los denominados sistemas “On Grid” que si cuentancon la posibilidad de entregar hacia la red pública la energía norequerida,obteniendoconellodescuentosdelconsumogeneral.

La generación de enrgía eléctrica dependerá de las horas que el Solbrille sobre los paneles solares, del tipo y cantidad de los mismosexistentes dentro de la instalación, la orientación que posean,inclinación,radiaciónsolarqueles llegue,calidaddela instalaciónysupotencianominal.

Estaactividadprácticapermiteunacercamientoa loscomponentesdeun sistema fotovoltaico, la forma en la cual ocurre la generación deelectricidadylascaracterísticasatenerencuenta.

Actividades

1. Interconexión de loselementos quecomponen a unsistema fotovoltaicooffgrid.

2. Usodelaaplicaciónenlínea denominada“ExploradorSolar”

3. Mediciones demagnitudes eléctricasen un sistemafotovoltaicooffgrid.

Aprendizajesesperados

1. Reconoce loscomponentes de unsistema fotovoltaicooffgrid.

2. Configura un sistemafotovoltaicooffgrid.

3. Comprueba elfuncionamiento de unsistema fotovoltaicooffgrid.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP2

IIEquiposeinstrumentosutilizados

• 2TesterDigital.• 1reóstatode4Aosuperior.• 1osciloscopio.• 25chicotesbanana-banana.• Panelesfotovoltaicos• Baterías• Reguladordecarga• InversorDC/AC• ControladorMT50• 1PCconconexiónainternet

IIIDesarrollopráctico

1. Formargrupodetrabajode4participantes.

2. Antes de proceder con el conexionado entre los diversos elementos que posee el sistemafotofoltaico,esnecesarioconsiderarunasecuenciaestrictaparaprevenirdañosodeteriorosenloscomponentesenlainstalación.Lospasosaseguirsedetallanacontinuación:

a. InterconectarPanelesfotovoltaicosb. InterconectarBateríasc. ConectarBancodebateríasalInversord. ConectarBancodebateríasalReguladordecargae. ConectarPanelesfotovoltaicosalReguladordecargaf. ConectarConsumosalInversorg. InterconectarControladorMT50

a.Interconectarpanelesfotovoltaicos

¡ADVERTENCIA¡Lospanelesfotovoltaicoscomofuentesdeenergíapuedenpuedenproducir descargas eléctricas peligrosas. Por ello, se recomienda utilizar guantes,dieléctricos,antiparras,herramientasaisladas.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP3

En la parte frontal de la maqueta existe una bornera de conexión positivo/negativo para cadapanelfotovoltaico(FV),existiendountotaldecuatrodesimilarescaracterísticas(verfiguraNº1).Éstos poseen impreso en una lámina sus principales características eléctricas: potencia (50Wp),tensiónencircuitoabierto(22,6V)ycorrientemáximadecortocircuito(2,99A).

Antesderealizarlasconexiones,procedaaobtenerlacurvadeV,I(tensión-corriente)paracadaunodelospaneles.Paraelloconecteunreóstatoalosterminalesdeunpanelfotovoltaico,comose indicaen la figuraN°1, yprocedaamedir la tensióny la corrientequeproporcionaelpanel,conectando los respectivos instrumentos.Varíe el reóstatoennuevepasos, de acuerdoal valoróhmico que posea y realicemedidas que permita realizar un gráfico con lamayor cantidad depuntos.

FiguraN°1:MedicionesdevoltajeeintensidadparaelconexionadoentreunpanelFVyunreóstato.

¡ ADVERTENCIA ¡ Antes De interconectar los paneles es importante medir lastensionesde estos en vacío (debe ser entre 19 y22.6 voltios en los terminales, concadapanelexpuestoalsol);estoverificauncorrectofuncionamientodelospaneles.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP4

Repitaesteprocedimientoparacadaunode lospanelesycomplete lassiguientestablascon lasmedicionesobtenidas:TabladedatosparapanelFV1:

Medicionesparapanelfotovoltaico1

Secuencia

demedidas

1 2 3 4 5 6 7 8 9

R(Ω)

reóstato

V(V)

PanelFV

I(A)

PanelFV

TabladedatosparapanelFV2:

Medicionesparapanelfotovoltaico2

Secuencia

demedidas

1 2 3 4 5 6 7 8 9

R(Ω)

reóstato

V(V)

PanelFV

I(A)

PanelFV

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP5

TabladedatosparapanelFV3:

Medicionesparapanelfotovoltaico3

Secuencia

demedidas

1 2 3 4 5 6 7 8 9

R(Ω)

reóstato

V(V)

PanelFV

I(A)

PanelFV

TabladedatosparapanelFV4:

Medicionesparapanelfotovoltaico4

Secuencia

demedidas

1 2 3 4 5 6 7 8 9

R(Ω)

reóstato

V(V)

PanelFV

I(A)

PanelFV

Precaución: La interconexión entre los paneles FV debe realizarse respetando las polaridades,recordando siempre utilizar los bornes de conexión, utilizando cable prefabricados con susrespectivosterminalesbananacolorRojoparapolopositivoyNegroparapolonegativo.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP6

Existentresposibilidadesdeinterconexiónentrelospanelesfotovoltaicosdisponiblesparaestaexperiencia,estasson:

• Conexionadoenparaleloentre4panelesfotovoltaicos.• Conexionado 2 arreglo en serie entre 2 paneles los cuales a su vez se conectan en

paralelo.• Conexionadode2panelesenseriey2panelesenparalelooperandoestosarreglosen

formaindependiente.

Conexionadoenparaleloentre4panelesfotovoltaicos

Para una tensión de funcionamiento de 22,6 (VDC) los paneles deben conectarse enparalelo, tal como se indica en la figura N°2. El resultado es un aumento de la corriente quesuministranlospaneles.

FiguraN°2:ConexióndetipoparalelaentreloscuatropanelesFV.

Esprimordialque,unavezinstaladoslospaneles,estosquedendireccionadoshaciaelNORTEparamaximizarsugeneración,yconelángulodeinclinacióncorrespondiente,segúnlazonageográficaenqueseinstalen.Enestamaquetaelánguloesvariable,porloque,losalumnospuedenvariarelángulode0–90ºymonitorearloscambiosdelasvariableseléctricas.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP7

Conexionado 2 arreglo en serie entre 2 paneles los cuales a su vez seconectanenparalelo.

Para una tensión de funcionamiento de 45,2 [VDC] los paneles deben conectarse en serie yparalelo,comoseindicaenlafiguraN°3.

FiguraN°3:ArreglodetiposerieentredospanelesVFyconexionadoenparaleloentreambosarreglosfotovoltaicos.

Conexionadode2panelesenseriey2panelesenparalelooperandoestosarreglosenformaindependiente.Para una tensión de funcionamiento de 22,6 y 45,2 [VDC] independientes, los paneles debenconectarseenserieyparalelo,comoseindicaenlafiguraN°4.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP8

FiguraN°4:ArreglodetipoparaleoentredospanelesVFyconexionadoenserieentreotrosdospanelesVF.

b.Interconexióndebaterías

¡ADVERTENCIA¡Lasbateríasyaseencuentranconcarga,tenerespecialprecauciónde no realizar cortocircuitos entre los bornes o con tierra. Utilice herramientasaisladasyevitelapresenciadeobjetosmetálicoscercadelabatería.

¡ ADVERTENCIA ¡ La instalación de las baterías debe realizarse en sitios libres dehumedad. Debe usarse guantes, zapatos y gafas protectoras cuando se lasmanipule.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP9

La interconexión de las baterías debe realizarse respetando las polaridades, utilizando cablesfabricadosdisponiblesenpañol.Lasbateríassonde12VDCysusbornesseindicanenlafiguraN°5.

FiguraN°5.Bornesparabateríasdelsistemaintervenido.

Paraunatensióndefuncionamientode12VDClasbateríasdebenconectarseenparalelotalcomoindica la figuraN°6, (notarque los cablesde salidadelBancodebateríasprovienendebateríasubicadasenextremosopuestos):

FiguraN°6.Interconexiónenparaleloentrelasdosbateríasdelsistemaintervenido.

¡ PELIGRO ¡ Amedida que se interconectan baterías,más peligroso resulta uncortocircuito o contactoconambospolos.Prever laposibleconexiónentre polosconmedidasdeseguridad.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP10

Paraunatensióndefuncionamientode24VDClasbateríasdebenconectarseenserie(verfigura

N°7).

FiguraN°7.Interconexiónenserieentrelasdosbateríasdelsistemaintervenido.

¡ADVERTENCIA¡Enlaconfiguraciónde12Vlospolosdebenserconectadosenlosextremosdemanera talque ladescarga seauniforme.Denoserasí, lasbateríasconectadosmás cercanas a la carga se descargarán completamente, perdiendo lacapacidaddeserrecargadas.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP11

c.Conectarbancodebateríasalinversor

ElBancodebateríasdebeconectarsealaentradaDCdelinversor(vermanualdelinversor).

Antesdeconectarsu(s)aparato(s)alinversor,compruebesiempreelconsumomáximodedicho(s)aparato(s). No conecte aparatos al inversor que necesiten más potencia que la nominal delinversordemaneracontinuada,600VA. (Esto va a depender de las características del inversor)

Para una correcta conexión del Banco de Baterías al Inversor, se debe conectar el terminalpositivo (+) del banco de baterías a la entrada DC positiva del inversor. Luego conectar elterminal negativo (-) del banco (ubicado al extremo opuesto del positivo), a la entrada DCnegativadel inversor.Utiliceherramientasaisladasparaevitar laposibilidaddecortocircuitos.Latensióndefuncionamientodelsistemaes24Vdc,delocontrarioelinversornoencenderá.

¡ ADVERTENCIA ! Las baterías se encuentran con carga, por lo que al serconectadas ,generaránunpequeñochispazo.Pordichomotivo, se debeconectarprimero el extremo de los cables de conexión al inversor, y posteriormente, losotrosextremosdeloscablesalbancodebaterías,demaneratalqueladescarganoafectealequipo.

¡ADVERTENCIA!Elinversortieneproteccióninternadesobrecarga,cortocircuitoycorrienteresidual.

¡ADVERTENCIA!Lainterconexióndelosequiposdeberealizarserespetandolaspolaridades,utilizandocablesdisponiblesenpañol.¡Siseconectanloscablesdelabateríaalrevéssepodríadañarelinversor!AsegúresedequeelinterruptorestéenposiciónOFFantesdeconectarlasbaterías.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP12

FiguraN°8.Conexionadoentreelbancodebateríasyelinversordelsistemaintervenido.

d.Conectarbancodebateríasalreguladordecarga

ElReguladordecargaposee3paresdebornes (+ -)deconexión:unoparabateríasyotroparapaneles solares fotovoltaicos (además de otro borne especial para consumos DC). Siempre sedebeconectarelreguladorprimeroalBancodeBateríasydespuésalosPanelesfotovoltaicos.

¡ADVERTENCIA!Lasbateríasseencuentranconcargar,porloquealserconectadas,generaránunpequeñochispazo.Pordichomotivo,sedebeconectarprimeroelextremodeloscablesdeconexiónalregulador,yposteriormente,losotrosextremosdeloscablesalbancodebaterías,demaneratalqueladescarganoafectealequipo.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP13

FiguraN°9.Conexionadoentreelbancodebateríasyelreguladordecargadelsistemaintervenido.

Conectar el terminal positivo (+) del regulador al terminal positivo (+) del Bancodebaterías en24Vdc

Conectarelterminalnegativo(-)delreguladoralterminalnegativo(-)delBancodebaterías.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP14

ReguladordecargasolarEPSOLAR30A12/24V

FiguraN°10.Reguladordecargadelsistemaintervenido.

e.ConectarPanelesfotovoltaicosalReguladordecarga

Unavezterminadastodas lasconexionesprevias,seconectaelarreglofotovoltaicoalReguladorde Carga. Se debe conectar según la polaridad indicada, en los bornes correspondientes. Latensióndefuncionamientorequeridaesde45,2[VDC].Portantolospanelesdebenconectarseenserie yparalelo, como se indicóanteriormenteen la figuraN°3 .Es importanteverificarqueelregulador esté correctamente conectado al banco de baterías, antes de conectarlo al arreglofotovoltaico.

Conectarelterminalpositivo(+)delreguladoralterminalpositivo(+)delarreglofotovoltaico.Conectarelterminalnegativo(-)delreguladoralterminalnegativo(-)delarreglofotovoltaico.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP15

FiguraN°11.Bornesparaconexióndelarreglofotovoltaicoalreguladordecargadesistemaintervenido.

FiguraN°12.Conexionadoentreelarreglofotovoltaicoyelreguladordecarga.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP16

Cada regulador se encuentra programado para el funcionamiento de su sistema, para másinformaciónrefiérasealrespectivomanual.

f.ConectarconsumosalInversorLosconsumosdebenconectarseenlaSalidaACdelinversor,mediantecablesdesección2,5mm2omayor. Lamaqueta cuenta con un enchufe para conexión de carga AC. Asegúrese de que elswitchdeencendidoestéenlaposición“OFF”antesderealizarlaconexión.

Siconectamásdeunaparatoalinversor,juntoconuncomputador,tengaencuentaquesiunodelosaparatosrequiereunaelevadacorrientedearranque,podríaprovocarquesucomputadorsereiniciealbajarsúbitamentelatensión.Lacapacidaddelinversoresde600VA.

Leermanualdefabricante.

g.InterconectarControladorMT50(sisumaquetaloposee)ElcontroladorMT50esundispositivodemonitoreoquesirveparamonitorearentiemporeallassiguientes características: Generación solar, estado de carga de la baterías ,Estado de losconsumos,Nivelesdetensiónycorriente,Controldecargaportimmer.

SeconectadirectamentealcontroladorporunPuertoRJ-45delasiguientemanera:

FiguraN°13.conexiónalareddelcontroladorMT50.

¡ADVERTENCIA!NuncaconectelasalidadelinversoralaredAC,comoporejemploaunenchufecercano.Estodañaraalinversor.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP17

3.Obtencióndedatosdeenergíasolar

ElMinisteriodeEnergíadeChileponeadisposicióndemaneragratuita laherramientaen líneadenominada “Explorador Solar”para realizarunaevaluaciónpreliminardel potencial energéticoaosociadoalrecursosolarsobrecualquiersitiooubicacióndefinidoporelusuario,situaciónquenoreemplazalasmedicionesenterreno.Ademásdepoderconocerelrecursosolarenelpaís,elusuarioencontraráherramientasparaelcálculodegeneraciónfotovoltaica,entreotras.

Fig.14.Ventanadeinicioparalaaplicaciónenlíneadenominada“ExploradorSolar”.

Uitlizandolaopción“Calcularsistemasfotovoltaicos”,esposibleaccederaundimensionamientodeunsistemaFV,obteniendoademásreportessobreciclosdiarios,mensualesyanualespara lageneraciónfotovoltaicaenelsitioseleccionado.

Una vez ingresado a la opción “Calcular sistemas fotovoltaicos”, es necesario determinar unadirección,situaciónqueentregarácomoresultadolascoordenadasdelsitio:latitudylongitud.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP18

Fig.15.Cuadrodediálogoparabuscarunaubicaciónodireccióndentrodel“ExploradorSolar.

Fig.16.Cuadrodediálogoparamodelodegeneraciónavanzadoenel“ExploradorSolar”,dondeseingresandatosasociadosalospanelesfotovoltaicosyelarregloaefectuar.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP19

Acontinuación,utilizando laopción“GeneraciónEléctricaFotovoltaica”,y seleccionandoelmodelodegeneraciónavanzado,esposibleingresarlosdatosparacalcularluegoelsistemaFV.Losdatosde lospaneles fotovoltaicossepresentandesde lashojasdedatos respectivasparaelmodeloED50-5MdelamarcaECODELTA:

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP20

Fig.17.Datoscaracterísticosdelospanelesfotovoltaicosutilizadoseneltrabajopráctico.

Complementariamente, los principales datos requeridos para ingresar en el análisis son lossiguientes:

- Númerototaldepaneles:4- Tipodearreglo:fijoinclinado- Tipodemontaje:estructuraaislada

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP21

4.Medicionesenelsistemasolarfotovoltaico

Mediante el uso de la aplicación en línea denominada “Explorador Solar, determine lainclinaciónapropiadaparalamáximageneracióndelospanelesfotovoltaicosdeunaubicaciónenespecífico.

Repitaesteprocedimientoparaunalatitudde20°inferioryluegocon30°superioralvalordeinclinacióndeterminadoenelExploradorSolarparasuubicaciónseleccionada.

Una vez que se tiene el sistema solar fotovoltaico off grid conectado con todos suscomponentesprocedaarealizarlassiguientesmediciones:

Inclinacióninicialobtenidamedianteel

ExploradorSolar

Inclinacióna-20°respectodevalorinicialobtenido

Inclinacióna+30°respectodevalorinicialobtenido

Medición PFV1

PFV2

PFV3

PFV4

PFV1

PFV2

PFV3

PFV4

PFV1

PFV2

PFV3

PFV4

Tensión generada porcadapanelfotovoltaico

Tensiónenlasbaterías

Tensión en la entradadelcircuitoinversor

Tensión en la salida delcircuitoinversor

Cubra uno de lospaneles. Anote latensión de entrada delregulador

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP22

5.Conclusiones

Redactesusconclusionesapartirdelosaprendizajesesperadospropuestosalcomienzodelaguía.

ElectricidadyElectrónicaElectrónica

CentrodeEnergía-INACAP23