Dimensionamiento De Un Sistema Fotovoltaico Para El Coliseo Del Univalle.docx

DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA EL COLISEO DEL UNIVALLE

Objetivo General Dimensionamiento de un sistema fotovoltaico para el coliseo del Univalle

Objetivo Especifico  Potencia Consumida  Potencia Necesaria  Carga de batería  Numero de paneles  Tipo de inversor  Tipo de regulador Marco Teórico Radiación Solar

Qué es La radiación solar es el flujo de energía que recibimos del sol en forma de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias (luz visible, infrarrojo y ultravioleta). La luz visible son las radiaciones comprendidas entre 0,4 µm y 0,7 µm pueden ser detectadas por el ojo humano. Existen radiaciones situadas en la parte infrarroja del espectro de la cual una parte es ultravioleta.

Cómo se mide La radiación solar se mide normalmente con un instrumento denominado piranómetro. En función de cómo reciben la radiación solar los objetos situados en la superficie terrestre, se pueden distinguir estos tipos de radiaciones. Tipos de Radiaciones Radiación directa: llega directamente del sol sin haber sufrido cambio alguno en su dirección. Se caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos opacos que la interceptan. Radiación Difusa: Parte de la radiación que atraviesa la atmósfera es reflejada por las nubes o absorbida por éstas. Esta radiación se denomina difusa, va en todas las direcciones, como consecuencia de las reflexiones y absorciones, no solo de las nubes sino de las partículas de polvo atmosférico, montañas, etc. Este tipo de radiación se caracteriza por no producir sombra alguna respecto a los objetos opacos interpuestos. Radiación Reflejada: Es aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie. Las superficies verticales son las que más radiación reflejada reciben. Radiación global: Es la radiación total. Es la suma de las tres radiaciones. Distribución Espectral de la Radiación Solar. El Sol emite un rango de 1500 Å hasta 40000 Å. (1 Å=10 -10 m=10-6

micras). La

luz visible se extiende desde 4000 Å a 7400 Å y la radiación infrarroja u ondas largas desde 0,74 micras a 4 micras. Efectos de la Radiación Solar sobre los Gases de la Atmósfera La energía solar tiene longitudes de onda entre 0,15 micras y 4 micras por lo puede ionizar un átomo (0,1 micra), excitar electrones (0,1 micra y 1 micra), disociar una molécula o hacerla vibrar (1 micra a 50 micra).

La energía térmica de la tierra (radiación infrarroja) se extiende desde 3 micras a 80 micras por lo que sólo puede hacer vibrar o rotar moléculas. La Energía Solar como Motor de la Atmósfera La energía recibida del sol, al atravesar la atmósfera más que otras, provocando alteraciones en la densidad de los gases y desequilibrios que causan la circulación atmosférica. Esta energía produce la temperatura en la superficie terrestre y el efecto de la atmósfera es aumentarla por efecto invernadero y mitigar la diferencia de temperaturas entre el día y la noche y entre el polo y el ecuador. La mayor parte de la energía utilizada por lo seres vivos procede del sol, las plantas la absorben directamente y realizan la fotosíntesis, los herbívoros absorben indirectamente una pequeña cantidad de esta energía comiendo plantas, y los carnívoros absorben indirectamente una cantidad más pequeña comiendo a los herbívoros. La mayoría de las fuentes de energía usadas por el hombre derivan indirectamente del sol. Dirección de Incidencia de la Irradiación Solar La dirección en que el rayo salga reflejado dependerá del incidente. La irradiación solar Directa es aquella que llega al cuerpo desde la dirección del Sol. La irradiación Solar Difusa es aquella cuya dirección ha sido modificada por diversas circunstancias (densidad atmosférica, partículas u objetos con los que choca, etc.). Por sus características esta luz se considera venida de todas las direcciones. La irradiación total incidente es la suma de ambas irradiaciones

Datos y Cálculos

Datos Para realizar el dimensionamiento del sistema fotovoltaico para el coliseo de Univalle se llegó a tomar los siguientes datos 35 Lámparas de 400 watts de potencia 17 Lámparas de 250 watts de potencia 24 focos fluorescentes de 40 watts de potencia A su vez teniendo los datos técnicos de panel a utilizar y baterías a utilizar Panel Solar Policristalino ATERSA OPTIMUM

Potencia Nominal

300 – 350 w

Tipo de Célula

Policristalino

Potencia Panel solar

300- 350w

Rigidez del Panel

Solar rigido

Corriente de cortocircuito Isc

9.01 A

Tensión Máxima (Vmp)

36.53 V

Eficiencia del Modulo

15.92%

Tensión de Circuito abierto Voc

45.18V

Voltaje del Panel Solar

24 V

Color del Panel Solar

Blanco y Gis

Peso del Panel Solar

23.5 kg

Dimensiones

Largo: 1955mm Ancho: 995 mm Grueso:

BATERIA

50 mm

Sonnenschein S12-85 Voltaje de la Batería

24 V

Amperios Hora de la Batería

85 Ah

Capacidad de la Batería c100

50 – 100Ah

Peso de la batería

27.3 Kg

Durabilidad

800 ciclos de 1 carga cada una

Medidas

353*175*190 mm

INVERSOR 3Play series TL Modelo

28 TL

Rango de Potencia FV recomendado

28.9 – 37.5 kW

Corriente Máxima

56 A

Potencia salida

28 kW

Eficiencia

98.3%

Cálculos Lugar

Potencia

Cantidad

Tiempo de Uso

Cancha

400 w

35

4h

Externo a la cancha

250 w

17

4h

Baños y pasillos

40 w

26

4h

Como los focos fluorescentes tiene factor de potencia de 0.8 se calcula la potencia aparente la cual es la potencia a utilizar siendo despreciada los 40w cos(0.8)−1 = 36.869897 realizando trigonometría tenemos que la potencia reactiva es 30 Por tanto 𝑠 = √𝑄 2 + 𝑃2 → √402 + 302

𝑠 = 50 𝑤 Energía Instalada 𝐸 = (∑ 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 × 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ) × ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐸 = (35 × 400 + 17 × 250 + 26 × 50 ) × 4 𝐸 = 78200 𝑊ℎ 𝐸𝑚𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑣 =

𝐸 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐼𝑛𝑣

𝐸𝑚𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑣 =

78200 0.983

𝐸𝑚𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑣 = 79552.39 𝑊ℎ 𝐸𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 = 1.2 × 𝐸𝑚𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑣

Donde 1.2: Por el aumento de artefactos

𝐸𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 = 1.2 × 79552.39 𝐸𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 = 95462.868 𝑊ℎ

𝐸𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑃𝑎𝑛𝑒𝑙 × ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑙 × (0.6 ~ 0.7) donde (0.6 ~ 0.7) factor clima 𝐸𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 = 330 × 5 × 0.7 𝐸𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 = 1155 𝑊ℎ

Numero de paneles 𝑁𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔 =

𝐸𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 𝐸𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙

𝑁𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔 =

95462.868 = 82.65 1155

𝑁𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔 = 83

Baterías 𝐸𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎= 𝐸 ∗ 1.2 𝐸𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎= 78200 × 1.2 𝐸𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎= 93842 𝑊ℎ 𝐸𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑎 =

𝐸𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

𝐸𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑎 =

93840 220

𝐸𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑎 = 426.5454 𝐴ℎ Banco de Baterías 𝐶𝐵 =

𝐸𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑎 × 𝐷𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑢𝑡𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑎 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

𝐶𝐵 =

426.5454 × 1 0.9

𝐶𝐵 = 473.9393 𝐴ℎ Numero de Baterías 𝑁𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 =

𝐶𝐵 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠

𝑁𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 =

473.9393 85

𝑁𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 = 6 Inversor Instalado 𝑃𝑖𝑛𝑣 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 × 1.1

𝑃𝑖𝑛𝑣 = 19290 × 1.1 𝑃𝑖𝑛𝑣 = 21219 𝑊 Regulador 𝑰𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 1.25 × 𝐼𝑠𝑐 × 𝑁𝑝 𝑰𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 1.25 × 9.01 × 7 𝑰𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 78.8375 𝐴

𝑰𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 =

𝑰𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 =

1.25 ×

𝑃𝐴𝐶 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 𝑉

19290 1.25 × 0.983 24

𝑰𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 1022.06 𝐴 Distancia Entre panel y panel 𝐿𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑 𝐶𝑏𝑏𝑎 = −17.33° = ∅ 𝛽 = 𝑙𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑 + 10°

Sen (30)

𝛽 = 17.33 + 10°

𝛽 = 27.33 ≅ 30

L = 1.955m

𝛽 = 30

A = 0.955m Grosor 0 005 m

ℎ = 𝐿 × sin(𝛽) ℎ = 1.955 × sin(30) ℎ = 0.9775

𝑑𝑚𝑖𝑛 =

ℎ tan(67 − ∅ )

𝑑𝑚𝑖𝑛 =

0.9775 tan(67 − 17.33 )

𝑑𝒎𝒊𝒏 = 0.83𝑚

Observaciones y Conclusiones Se llegó a las siguientes conclusiones:  En el coliseo se consume una energía de 79552.39 [Wh]  La energía total con un aumento de un 20% 95462.868 [Wh]  Nuestros paneles nos proporcionan una energía es 1155 [Wh]  Se necesita un total de 83 paneles para cubrir estos gastos incluyendo el gasto del inversor  Para la batería se usará una energía de 93840Wh sin considerar inversor  La energía extraída es de 426.5424 [Ah]  El banco de baterías a utilizar es de 473.9393 [Ah]  Se necesita un total de 6 baterías  El inversor necesita una potencia de 21219 [W]  El regular tiene una I entrada de 78.8375 [A] y I de salida de 1022.06 [A]  La distancia mínima entre panel y panel es de 0.83 m En observaciones se puede mencionar que en el conexionado principal puede como no llevar el regulador si se utilizara la energía en Wh y es corriente alterna totalmente y porque el conexionado de los paneles será en paralelo así no variara el voltaje. Por ello en nuestros cálculos tenemos el regulador calculado, pero con los fines teóricos, pero para el conexionado no lo utilizaremos. Estos datos son el cálculo teórico del mismo tomando en cuenta que el panel estará sobre el coliseo en la parte del ala oeste o el lado de la puerta Estos datos pueden variar según las horas de consumo a llevarse acabo

Plano El plano del conexionado se presentara al final del mismo teniéndose la conexión del mismo

Bibliografía http://www.oni.escuelas.edu.ar/2008/CORDOBA/1324/trabajo/radiacionsolar.html https://autosolar.es/panel-solar/panel-solar-policristalino/panel-solar-310w-24vpolicristalino-atersa-optimu https://autosolar.es/baterias/baterias-gel/bateria-de-gel-24v-85ah Sistemas Fotovoltaicos, Miguel Alonso Abella. Era Solar. Instalaciones Solares Fotovoltaicas, Enrique Alcor. Progensa. Energía Solar Fotovoltaica, Miguel Pareja Aparicio. Mancorbo. Sistemas Fotovoltaicos Autónomos, Leocadio Hontoria García. CIEMAT. C. Rus, F.J. Muñoz, L. Hontoria et al. Instalaciones Fotovoltaicas (Cap. 2. Radiación Solar) Autor: José A. Alonso Lorenzo ([email protected]) Ingeniero Técnico Industrial por la EUP de Ferrol.