Diseño de una instalación fotovoltaica: todas las informaciones y los requisitos técnicos indispensables para un proyecto correcto (parte 1)

Una instalación fotovoltaica está compuesta por módulos (paneles) fotovoltaicos, por una componente eléctrica (cableado) y por una electrónica (inversores). Los módulos aprovechan la energía solar incidente para producir energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico. La finalidad de una instalación fotovoltaica es conseguir un significativo ahorro energético para la estructura abastecida.

Se recurre a este tipo de tecnología para conjugar:
• la compatibilidad entre exigencias arquitectónicas y de tutela del ambiente
• la eliminación de contaminación acústica
• el ahorro de combustible fósil
• la producción de energía eléctrica sin emisión de sustancias contaminantes
En esta entrada expondremos los requisitos y las características indispensables para el diseño correcto de una instalación fotovoltaica.

Posición aparente del sol

Al rotar la tierra alrededor de sí misma de Oeste a Este y al no percibir nosotros ese movimiento, tenemos la impresión que sea la esfera celeste a rotar en el sentido contrario, es decir de Este a Oeste, y con ella todos los astros incluido el sol.
Por efecto de la inclinación del eje terrestre, respecto el plano de orbita, parece que el sol, de estación a estación, tenga alturas distintas respecto al horizonte.
Esta impresión equivocada, que ha condicionado la visión del mundo y del cielo por miles de años, es tan cómoda que se sigue utilizando al día de hoy para describir, de forma simplificada e intuitiva, lo que ocurre en el cielo.

Radiación solar

Con el termino radiación solar se entiende el flujo de energía emitido por el sol y absorbido por la corteza terrestre

Radiación solar a tierra

Radiación solar a tierra

Radiación solar a tierra

La radiación solar atravesando las capas atmosféricas sufre distintos efectos; una parte se refleja hacia el espacio, una parte se difunde en todas las direcciones, una parte viene absorbida y en fin, otra parte, denominada radiación solar directa, alcanza directamente la superficie terrestre.

Sitio de la instalación

El dimensionamiento energético de la instalación fotovoltaica, conectado a la red del distribuidor, viene efectuado tomando en cuenta, además de la disponibilidad económica, los siguientes aspectos:

• disponibilidad de espacios sobre los cuales instalar la instalación fotovoltaica
• disponibilidad de la fuente solar
• factores morfológicos y ambientales (sombreado y albedo)

Individuación de los espacios sobre los cuales implantar la instalación fotovoltaica

La primera operación a realizar es aquella de individuar los espacios donde implantar los módulos. Generalmente, en el caso de viviendas, se intenta posicionar los paneles sobre los faldones del techo. Si es posible se prefiere una instalación integrada en la cubierta. Hace falta, entonces, individuar un faldón expuesto al SUR.
La exposición optima es aquella que coincide perfectamente con el SUR; por esta razón, el máximo rendimiento se obtiene con un azimut igual a cero grados.
Además, hace falta individuar la inclinación óptima de los paneles respecto al plano horizontal; dicho valor viene llamado tilt.
Generalmente los valores máximos de rendimiento se obtienen con tilt = latitud – 10°.

Superficie con exposición aleatoria

Para evaluar correctamente la aportación solar es necesario calcular la radiación solar directa y difundida sobre cada superficie del edificio, es decir aleatoriamente inclinada.

Imagen esquemática de la dirección y los ángulos de incidencia de la radiación solar sobre la superficie de los módulos

Azimut y Angulo de tilt

 

Disponibilidad de la fuente solar

La disponibilidad de la fuente solar para el sitio de implantación tiene que ser comprobada utilizando los datos relativos a los valores diarios medianos mensuales de irradiación solar sobre el plano horizontal.

Imagen con un diagrama de barras relativo a la producción media mensual energía fotovoltaica

Producción media mensual energía fotovoltaica

Factores morfológicos y ambientales (sombreado y albedo)

Las barreras debidas a volúmenes al horizonte, a elementos naturales (colinas, arboles) o artificiales (edificios), determinan la reducción de aportes solares y el alargamiento de los tiempos para la amortización de la inversión.

Clasificación de las instalaciones fotovoltaicas

A continuación se reportan algunos conceptos base para el diseño de las instalaciones fotovoltaicas:

• módulos fotovoltaicos:

dispositivos para la trasformación de energía solar en energía eléctrica

• regulador de carga:

dispositivo para la protección de los acumuladores (regula la carga e la descarga de los mismos)

• acumuladores:

dispositivos de almacenaje de energía proveniente de la instalación fotovoltaica para proporcionarla cuando los módulos no consiguen producirla por falta de irradiación solar

• inversores:

aparato para la transformación de la corriente continua proveniente de los módulos y/o de los acumuladores en corriente alterna convencional a 220. Nota: si los equipajes a alimentar son de tipo a corriente continua se puede evitar de utilizar los inversores.

• cuadro eléctrico:

Para la distribución de la energía. En caso de consumos elevados o en ausencia de alimentación por parte de módulos fotovoltaicos la corriente viene adquirida desde la red pública. En caso contrario la energía fotovoltaica sobrante viene nuevamente inyectada en red. Además, el cuadro eléctrico mide la cantidad de energía proporcionada por la instalación a la red

• célula fotovoltaica:

la sola célula fotovoltaica, de dimensiones alrededor de 10×10 cm, constituye el dispositivo elementar a la base de cada sistema fotovoltaico.
Podemos tener distintas tipologías de instalaciones fotovoltaicas: instalaciones conectadas en red (grid connected) e instalaciones aisladas de la red eléctrica (stand alone).

Imagen con un diagrama de barras relativo a la producción media mensual energía fotovoltaica

Instalación fotovoltaica conexa

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