See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/336458809 DISEÑO, SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A RED Article · December 2018 CITATIONS READS 0 858 1 author: Marcos Serrano Hernandez University Carlos III de Madrid 9 PUBLICATIONS 1 CITATION SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Renewable Energies View project All content following this page was uploaded by Marcos Serrano Hernandez on 12 October 2019. The user has requested enhancement of the downloaded file. PVsyst DISEÑO, SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A RED MARCOS SERRANO HERNÁNDEZ Enunciado del ejercicio a entregar Se desea instalar una central fotovoltaica de conexión a red, en la cubierta de un edificio, por lo que se quiere instalar la máxima potencia que cabe en la superficie de la cubierta. Para ello vamos a utilizar los siguientes datos: – Localización: Madrid, España (Coordenadas: latitud: 40° 19' 39.8712"N longitud: 3° 46' 56.0526" W)= (40.327742, -3.782237) – Base de datos meteorológica: PVGIS – Edificio de 4m de alto y superficie total de la cubierta = 974.4 m – Cubierta plana – Tecnología módulo: Monocristalino de 60 células de potencia máxima en esta serie. – Posición módulo: vertical – Inversores trifásicos de potencia nominal adecuada para la potencia que se puede instalar en cubierta. 2018 1. Introducción Los sistemas fotovoltaicos conectados a red (SFCR) generan electricidad a partir de la energía del Sol, pero también cuentan con el respaldo de la red eléctrica para los casos en que el consumo sea mayor que la generación. De igual modo, si la generación es mayor que el consumo, se podrán verter los excedentes de energía solar a la red para que seamos recompensados por la compañía eléctrica (el llamado balance neto). Esto va ser posible en España con la aprobación del nuevo Real Decreto 15/2018 que reconoce el derecho a autoconsumo. Las remuneraciones por estos excedentes siguen tarifas muy distintas en función de la normativa de cada país. Estos SFCR son la punta de lanza de la llamada generación distribuida de flujo de potencias bidireccional, en contraposición con el modelo centralizado en el que el flujo de potencias unidireccional pasa por la generación en grandes centrales, transporte y distribución a consumidores. A nivel básico un esquema de un sistema fotovoltaico de generación distribuida (es decir, de potencia menor de 1 MW), incluye los componentes de la siguiente figura. El generador fotovoltaico, formado por ramas de módulos en serie y sus respectivas protecciones, produce electricidad en corriente continua DC. Todo esta electricidad se lleva mediante cableado hasta un inversor, que la convertirá en corriente alterna AC. Esta electricidad se hará pasar por los contadores de medida, para posteriormente consumirse si existe demanda de cargas locales en ese instante, o verterse a la red eleéctrica en el caso de que haya excedente de electricidad. Como se ha podido comprobar este tipo de instalaciones no requieren (salvo deseo expreso) de un sistema de acumulación y regulación propias, lo que reduce bastante el precio de la instalación. En este caso, será la red eléctrica la que cumpla las funciones de una “gran batería” de energía eléctrica. 1 El método a seguir para el dimensionamiento de instalaciones de este tipo es el de maximizar la potencia a instalar para que la producción energética anual sea la mayor posible, dada la superficie de la que dispongamos y sin que esto suponga unas pérdidas grandes de conversión (pérdidas de irradiación por orientación e inclinación, y pérdidas por sombra). Por tanto, se trata de una solución de compromiso entre maximizar la potencia y reducir las pérdidas. Para analizar cuál es la mejor variante a instalar en cada caso concreto es muy común en el sector hacer uso del programa PVsyst. Este software permite realizar simulaciones de proyectos fotovoltaicos, en los que se tiene en cuenta la ubicación, los datos meteorológicos y de radiación solar, la configuración y marcas de módulos e inversores, las posibles pérdidas por sombras, e incluso las distintas orientaciones e inclinaciones a las que coloquemos los módulos. En definitiva, un sinfín de parámetros que nos permiten variar el proyecto a nuestro gusto, y cuando lo tengamos finzalizado nos genera automáticamente un informe con todos los datos más relevantes del estudio. 2. Condiciones óptimas independientemente de la potencia a instalar Esta sección se trata de determinar la solución de inclinación, orientación de módulos y distancia entre filas que da menos pérdidas en conjunto. Es decir, se busca obtener la posición y distribución en la que los módulos captarían el máximo número de horas equivalentes de Sol a lo largo de un año, lo cual no implica que se maximice la producción de energía ya que esto tiene una gran dependencia con la superficie de la que se disponga. En cuanto a la orientación o azimut, si estamos en el hemsiferio norte, los paneles deben estar orientados al sur, que es el punto geográfico en el que el Sol se encuentra en su cénit o altura máxima. Esto se puede comprobar en la figura que representa la trayectoria del Sol. 𝛼𝑜𝑝𝑡 = 0º En cuanto a la inclinación óptima, ésta depende de la latitud del lugar y de la estación del año. Según las recomendaciones del IDAE, si el período de diseño en el que queremos maximizar la producción es el anual se estima lo siguiente. 𝛽𝑜𝑝𝑡 = Latitud − 10º 2 Sin embargo, PVsyst nos permite visualizar gráficamente cómo evolucionan las pérdidas por irradiación respecto del punto óptimo en función del azimut e inclinación que se le de a los paneles. Se recoge en la siguiente tabla los resultados obtenidos. Se parte de 𝛼𝑜𝑝𝑡 = 0º, y se considera una inclinación mínima de 10º (para que el agua pueda discurrir libremente y limpiar el panel) y una inclinación máxima de 35º (a partir de esta inclinación aumenta demasiado el esfuerzo por el efecto vela). 𝜶 (º) 𝜷 (º) Pérdidas radiación (%) 0 0 0 35 30 20 0,0 0,5 3,3 0 15 5,6 Se observa, de la tabla anterior, que el valor de inclinación óptimo es el siguiente. 𝛽𝑜𝑝𝑡 = 35º 3 Llegados a este punto, queda por analizar el efecto de pérdidas por las sombras, que está directamente relacionado con la distancia que se deje entre filas de módulos. Como es lógico, cuanto mayor sea la inclinación de los paneles, mayor será la sombra que cree, y por tanto más distancia habrá que dejar entre filas, para que estas sombras sean nulas (de un 0%). Al decirse en el enunciado que se estudien las condiciones óptimas independientemente de la potencia, la distancia que produciría menos pérdidas sería infinita, es decir, instalando una única fila no se obtendrían sombras mutuas. Pero, en la prática existirá una distancia entre dos filas tal que no haya sombras mutuas, y esto es lo que se calcula. De nuevo, gracias a PVsyst, se pueden simular las pérdidas causadas por las sombras de cada fila de módulos de orientación e inclinación óptimas (0º,35º) sobre la siguiente fila, en función de la distancia o pitch que estén separadas. Este estudio se realiza para el día del solsticio de invierno (21 de dicembre), en el que el Sol se inclina más hacia el sur y las sombras son las más prolongadas del año. Se recogen en la siguiente tabla los resultados obtenidos. Pérdidas 𝜶 (º) 𝜷 (º) Pitch (m) sombras (%) 0 0 0 0 35 35 35 35 13,0 10,0 7,5 5,0 0,0 0,4 0,8 3,4 Estas pruebas se han hecho para dos filas de módulos en posición vertical (tal y como requiere el enunciado del ejercicio). Hay que tener en cuenta que con el módulo en vertical, si se sombrea toda la parte inferior, el módulo deja de producir debido a la posición de los diodos de bypass. Este efecto se reproduce en PVsyst eligiendo la opción de sombreado según cadenas de módulos, con una fracción para efecto eléctrico de 100%. Las siguientes figuras muestran un ejemplo de la prueba para un pitch de 7,5 m. 4 Por tanto, se concluye que independientemente de la potencia a instalar las soluciones de inclinación, orientación de módulos y distancia entre filas que da menos pérdidas en conjunto son las siguientes. 𝛼𝑜𝑝𝑡 = 0º 𝛽𝑜𝑝𝑡 = 35º Pitch𝑜𝑝𝑡 = 13 m 3. Distancia mínima entre filas de módulos según IDAE La distancia d, medida sobre la horizontal, entre filas de módulos o entre una fila y un obstáculo de altura h que pueda proyectar sombras, se recomienda por IDAE que sea tal que se garanticen al menos 4 horas de sol en torno al mediodía del solsticio de invierno. 5 Esta distancia d se puede calcular a través de la siguiente fórmula. 𝑑= ℎ tan(61𝑜 − latitud) En este punto es necesario aclarar los módulos que se van a emplear en la instalación y sus dimensiones. Se opta por la tecnología de módulo monocristalino de 60 células en serie del modelo de JinkoSolar JKM270M-60, cuya potencia es de 270 W y sus dimensiones en mm son las de la siguiente figura (ver Ficha Técnica en Anexo). En nuestro caso, situados a una latitud de 40º y con los módulos colocados en posición vertical e inclinados un ángulo de 30º (por costos de fabricación) tal que ℎ = 1,65 ∙ sin 30º = 0,825 m, la distancia d tiene el siguiente valor. 𝑑= 0,825 = 2,15 m tan 21º Esta fórmula del IDAE da el valor de la distancia entre la proyección vertical trasera de una fila y la proyección vertical delantera de la siguiente fila para que no existan sombras mutuas considerables, tal y como se aprecia en la figura correspondiente. Sin embargo, para las simulaciones con PVsyst el parámetro de entrada es el pitch, correspondiente con la distancia entre puntos homólogos de las filas, como se ve en la siguiente figura. 6 Por tanto, para hallar el valor del pitch tan sólo hay que sumar a la distancia d la proyección horizontal del módulo siguiente. Finalmente, el resultado del pitch recomendado por IDAE es de 3,6 m. Pitch = 2,15 + ℎ cos 30º = 2,15 + 1,43 = 3,6 m 4. Diseño del proyecto con PVsyst Lo primero que se debe definir para la realización del proyecto es la ubicación geográfica del mismo. A continuación, se muestra una vista aérea del emplazamiento a través de Google Maps: latitud: 40° 19' 39.8712"N longitud: 3° 46' 56.0526" W. Se trata de un edificio orientado con su lado largo con un azimut de 45º hacia el oeste. Una vez localizado el punto de instalación, se deben importar los datos meteorológicos horarios. Estos son extraídos de la base de datos de PVGIS, en la sección de radiación mensual, de donde se extraen los valores de irradiación horizontal, el coeficiente de radiación difusa/global, y la temperatura promedio diaria. Con esto, ya se pueden guardar los archivos .SIT y .MET del sistema base .PRJ sobre el que se podrán simular diferentes variantes. 7 A continuación, se debe definir la orientación e inclinación que tendrán los módulos. Se debe tener en cuenta que lo que se busca es la instalación de la máxima potencia que quepa en la superficie de 974,4 m2 de la cubierta plana de 4 m de alto, lo que es equivalente al mayor número de módulos posibles. En nuestro caso, que el edificio está orientado al suroeste, lo más económico desde el punto de vista de la estructura, fácil instalación y aprovechando al máximo el espacio de la cubierta, es orientar los paneles paralelos al edificio. Se debe estudiar si la pérdida de producción es significativa en relación a la mayor potencia que se puede instalar. Se plantean dos posibles orientaciones de los módulos colocados en posición vertical. Una de ellas sería con los módulos orientados paralelos al lado largo del edificio (48 m). La otra opción sería orientar los módulos paralelos al lado corto (20,8 m). Tras las comprobaciones correspondientes se observa que el voltaje de trabajo de la primera opción excede con creces cualquier valor típico del valor de entrada asignado a los inversores. Por tanto, se opta por continuar el estudio con la segunda opción, es decir con los módulos orientados con un azimut de -45º hacia el este. Además, como ya se comentó, la inclinación de los mismos será de 30º por razones económicas. 8 Seguidamente, se continua dibujando la instalación sobre la cubierta del edificio en el apartado de construcción de perspectiva de PVsyst. Se toma como referencia de separación entre filas el pitch de 3,6 m calculado a partir de la fórmula del IDAE. De este modo, el número de filas que se instalarán son las siguientes. Nº de filas = 48 = 13 filas 3,6 En cada una de estas filas se instalan un número de módulos JKM270M-60 igual al cociente entre el lado corto del edificio y la base del módulo. Nº de módulos por fila = 20,8 = 20 módulos por fila 0,992 En total, se dispone de un campo fotovoltaico en modo cobertizo orientado con un azimut de -45º, inclinado 30º, y con una disposición de 13 filas de 20 módulos en posición vertical cada una. Con estos datos, el número total de módulos de 270 W a instalar es de 260, lo que da una potencia pico instalada de 70,2 kW. 𝑃𝑔𝑒𝑛 = 260 módulos × 270 W = 70,2 kWp Con los datos de tensión y corriente de cada módulo en el punto de máxima potencia y a condiciones estándar recogidos en su Ficha Técnica, se calculan los valores de tensión y corriente de trabajo del generador fotovoltaico con la disposición descrita. 𝑉𝑔𝑒𝑛 (MPPT, STC) = 20 módulos × 31,4 V = 628 V 𝐼𝑔𝑒𝑛 (MPPT, STC) = 13 filas × 8,60 A = 111,8 A 9 Para asegurar de que esta disposición de los módulos es óptima y maximiza la producción anual se realiza un estudio de sombras cercanas (se considera que no existen obstáculos) del sistema, para distintas distancias de pitch. Los resultados obtenidos se recogen en la siguiente tabla. 𝜶 (º) 𝜷 (º) Pitch (m) Nº Paneles Potencia (kW) Pérdidas sombras (%) Pérdidas radiación (%) Rendimient o (%) -45 -45 -45 -45 -45 30 30 30 30 30 3,0 3,6 4,0 4,5 5,0 320 260 240 200 180 86,4 70,2 64,8 54,0 48,6 34,5 21,1 15,3 9,9 7,5 5,8 5,8 5,8 5,8 5,8 61,7 74,3 79,8 84,9 87,1 Del estudio de sombras se observan dos tendencias. Por un lado, la potencia instalada aumenta al disminuir el pitch debido a que se puede instalar un mayor número de paneles. Pero, por otro lado, el rendimiento del sistema es cada vez menor al disminuir el pitch debido a las pérdidas por sombras. Para obtener la solución óptima, se debe comparar si las pérdidas de producción son significativas en relación a la mayor potencia que se puede instalar, o lo que es lo mismo, en relación al coste de la inversión. Se concluye que el pitch óptimo tal que que la pérdida de producción debida a la separación entre filas no sea significativa y tal que se aproveche al máximo con un buen rendimiento la cubierta es el de 3,6 m (fórmula del IDAE). Con esta disposición de módulos ya decidida, se procede a elegir el inversor trifásico adecuado. Se opta por elegir un inversor central que presente un único seguimiento del punto de máxima potencia MPPT, puesto que todos los módulos tienen la misma orientación e inclinación. Para decidir la potencia del inversor, se tiene en cuenta que éste debe estar dimensionado de modo que sea entre un 5% y un 20% menor respecto a la potencia pico del generador. 𝑃𝑔𝑒𝑛 𝑃𝑖𝑛𝑣 = 1,2 De acuerdo con estas consideraciones, se elige el inversor trifásico Ingecon-Sun 60, de 60 kW de potencia nominal. Su hoja de características se encuentra en el Anexo. Se comprueba que los valores de corriente y de tensión de trabajo del generador fotovoltaico entran dentro de los márgenes del inversor, éstos últimos incluso para una temperatura mínima de -10ºC, en la que la tensión aumentaría hasta su máximo siguiendo la siguiente expresión (se desprecian cambios de tensión por irradiancia). 10 𝑉2 = 𝑉1 + 𝑉𝑂𝐶 ∙ 𝛽𝑟𝑒𝑙 (𝑇2 − 𝑇1 ) 𝐼2 = 𝐼1 ( 𝐺1 ) 𝐺2 A continuación, se muestran los valores máximos de tensión y corriente soportados por el inversor. Estos valores son mayores que la tensión de circuito abierto para 10ºC y que la corriente de cortocircuito para una irradiancia máxima de 1068 W/m2 . 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 900 V 𝐼𝑚𝑎𝑥 = 156 A La siguiente gráfica confirma de manera visual que el rango de funcionamiento del inversor seleccionado se encuentra dentro de los valores de tensión MPPT del generador esperados para las temperaturas de cada época del año. Además, como ya se ha visto, el inversor es válido incluso en casos extremos de baja temperatura (alta tensión) y alta irradiación (alta corriente). 11 Con la intención de optimizar al máximo posible la superficie de la cubierta, se decide no instalar el inversor sobre ella para dejar todo el espacio posible a los módulos. El inversor deberá ser instalado en otro lugar del edificio, al que se llegará desde el campo fotovoltaico a través de cableado de las dimensiones correspondientes. Pese a que el inversor presenta 4 entradas, la instalación será más sencilla si salimos del campo fotovoltaico con un único cable que actúe como entrada al inversor. A modo de resumen se incorpora una captura de pantalla del apartado del sistema del software PVsyst, en el que se detallan los módulos y el inversor utilizados. Los resultados obtenidos de este SFCR llevan a una producción energética anual de 106,8 MWh/año. La distribución mensual de esta producción varía mucho entre meses. Lógicamente, en los meses de verano (jun-ago) en los que la irradiación incidente es mayor, las producciones son de entre 12 y 13 MWh; mientras que en los meses de invierno (nov-feb) las producciones son menores, de entre 4,5 y 6 MWh. La suma de la producción energética en cada uno de los meses es la que da el valor de producción anual de 106,8 MWh/año. En cuanto al índice de rendimiento (PR), la instalación presenta un PR anual del 77,52%. Este parámetro refleja como de bien está hecha la instalación. Un PR alto indica una buena eficiencia de conversión energética del sistema. Y como los PR admisibles para Madrid se sitúan entre un 75-80%, se concluye que el rendimiento de la instalación es óptimo. El índice de rendimiento es una medida de la calidad de una instalación fotovoltaica, que aglutina las pérdidas energéticas (pérdidas por temperatura de funcionamiento de los módulos, pérdidas en la zona de DC, pérdidas por el renidmiento del inversor y pérdidas en la zona de AC). Se calcula como el cociente entre la energía en AC (𝑌𝑓 ) medida en los contadores (antes de ser consumida o inyectada a red), y la energía incidente en los paneles del generador fotovoltaico (𝑌𝑟 ). El período de tiempo considerado para el cálculo de este PR es discrecional, aunque suele tomarse el anual. 12 𝑃𝑅 = 𝑌𝑓 𝐸𝐴𝐶 = 𝑌𝑟 𝐻(𝛼, 𝛽) ∙ 𝑃𝑔𝑒𝑛 𝐺∗ En esta expresión, 𝐸𝐴𝐶 es la energía en AC medida en kWh en el contador, 𝐻(𝛼, 𝛽) es la irradiación incidente en el plano de los módulos del generador en kWh/m2 , 𝑃𝑔𝑒𝑛 es la potencia pico del generador fotovoltaico en kWp , y 𝐺 ∗ es la irradiancia de referencia de 1 kW/m2 que permite que PR sea un factor adimensional que dé cuenta de los distintos tipos de pérdidas del sistema como se expone en la siguiente ecuación. 𝑃𝑅 = (1 − 𝑃𝑇𝐸𝑀𝑃 )(1 − 𝑃𝐷𝐶 )(𝜂𝐼𝑁𝑉 )(1 − 𝑃𝐴𝐶 ) De nuevo, este índice PR es distinto para cada mes, tal y como se puede comprobar en la hoja 3 del Informe de PVsyst que se adjunta en Anexos y en la siguiente tabla. Este índice de rendimiento depende básicamente de dos magnitudes. Por un lado, de la irradiación incidente en los módulos 𝐻(𝛼, 𝛽), que para un sistema estático es máxima en los meses de verano. Por otro lado, es función de la energía obtenida de la conversión 𝐸𝐴𝐶 , que a su vez varía según el factor de sombreado y la temperatura de operación de los módulos. A mayor temperatura y/o sombras, mayores pérdidas presentarán en la conversión. Según la relevancia que tengan estas pérdidas en relación con la mayor irradiación recibida, así será el PR. Otro parámetro importante de un SFCR es el índice de producción específica, que permite medir la energía en kWh que se puede extraer del sistema por cada kWp instalado. Para nuestra instalación, este índice de producción específica es de 1522 kWh/kWp por cada año. Esto quiere decir que la instalación presenta 1522 horas equivalentes de funcionamiento anuales (1 año tiene 8760 horas). 13 Normalmente, también se suele hablar de producción normalizada o energía útil producida a la salida del inversor (𝑌𝑓 ). Este parámetro muestra la relación kWh/kWp normalizada a un día. Si dividimos la producción específica entre los 365 días de un año se obtiene que la producción normalizada de la instalación 𝑌𝑓 es de 4,17 kWh/(kWp ∙ día). La distribución mensual de esta producción normalizada está representada en la hoja 3 del Informe de PVsyst. Por último, conviene conocer los puntos débiles de la instalación. Para ello se realiza un estudio de las pérdidas, que queda desglosado de manera gráfica en un diagrama de Sankey en la hoja 4 del Informe de PVsyst. A modo ilustrativo, el recorrido energético desde que la radiación solar incide en los módulos hasta que es convertida en corriente alterna para autoconsumo o vertido en la red queda recogido en la siguiente figura. En primer lugar, se ha de tener en cuenta la irradiación global efectiva que captan los planos receptores (GlobEff) respecto a la irradiación global incidente (GlobInc). La diferencia entre ambos valores tiene que ver con los siguientes factores. • • • Pérdida de irradiancia por sombreados cercanos: las propias filas de módulos se dan sombra entre ellas, siendo este valor máximo en invierno cuando el sol está más bajo. Pérdida de incidencia IAM: tiene que ver con los fenómenos de reflexión en el cristal que cubre los módulos. Este efecto es mayor cuanto mayor sea la inclinación del rayo solar respecto a la normal de la superficie del módulo. Pérdida por suciedad: se considera de un 3% debido a la polución y a la escasa lluvia en la región de Madrid. 14 A continuación, tiene lugar lugar el proceso de conversión fotoeléctrico de una eficiencia STC de 16,52% dada por el fabricante de los módulos. Llegados a este punto, se distingue entre pérdidas del conjunto (𝐿𝑐 ) y pérdidas del sistema (𝐿𝑠 ). Las pérdidas del conjunto fotovoltaico son las que tienen lugar en los módulos y cableado hasta la entrada del inversor. Vienen afectadas por los siguientes factores. • • • • • • Pérdida debido a nivel de irradiancia: el punto de máxima potencia crece con el nivel de irradiancia. Pérdida debido a temperatura de conjunto: el punto de máxima potencia decrece con la temperatura del conjunto. Pérdida por sombreado de módulos en posición vertical: cuando se sombrea un panel de la cadena, la producción entera de la cadena cae. En el caso de los paneles en vertical la producción cae por completo al no actuar los diodos de paso. Pérdida por LID: degradación inducida por potencial, que genera corrientes parásitas. Pérdida por mismatch: efecto debido al diferente funcionamiento o desajuste de un módulo respecto a otros de su misma fila. Pérdida óhmica del cableado DC Por su parte, las pérdidas del sistema tienen que ver con el inversor y el cableado en alterna. • Pérdida por rendimiento del inversor • Pérdida óhmica del cableado AC La siguiente tabla muestra, tanto a nivel mensual como anual, la radiación global incidente (GlobInc) y efectiva (GlobEff). También recoge los valores de la energía referencia del conjunto (EArrRef), energía nominal del conjunto (EArrNom), energía efectiva en la salida del conjunto (EArray), y energía a la salida del inversor (EGrid). 15 A partir de los datos de radiación de la anterior tabla se pueden deducir los datos de energía del conjunto teniendo en cuenta la eficiencia de la conversión de los módulos (16,52%) y la superficie que ocupan (426 m2 ) . Se comprueba que los resultados son correctos a través de las siguientes expresiones. EArrRef = GlobInc × Sup × Eficiencia EArrNom = GlobEff × Sup × Eficiencia Además, la forma de calcular las pérdidas normalizadas del conjunto 𝐿𝑐 y del sistema 𝐿𝑠 es inmediata a través de la siguientes fórmulas. 𝐿𝑐 = (EArrRef − EArray)año = 0,98 kWh/(kWp ∙ día) 365 ∙ 𝑃𝑔𝑒𝑛 𝐿𝑠 = (EArray − EGrid)año = 0,23 kWh/(kWp ∙ día) 365 ∙ 𝑃𝑔𝑒𝑛 Para visualizar de un modo gráfico todo este proceso se incluye la siguiente figura, en la que se desglosa por meses la producción normalizada y los factores de pérdida de la instalación. 16 Por último, a modo de resumen, se recogen los valores más destacados de la producción energética del SFCR diseñado con PVsyst. 5. Anexos Este apartado consta de tres documentos adjuntos al final del trabajo: 1. Informe PVsyst 2. Ficha Técnica de módulos JKM270M-60 3. Ficha Técnica del inversor Ingecon-Sun 60 6. Bibliografía [1] IDAE, Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Conectadas a Red, PCT-C-REV – julio 2011 [2] Reollal Jordán, David y Chinchilla Sánchez, Mónica, Guion PVsyst: Diseño, Simulación y Análisis de instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red, 2018 [3] García Díaz, Marta, Proyecto Find de Grado: Diseño de una Planta Fotovoltaica de Conexión a Red, UC3M Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática, 2015 [4] Solórzano, Jorge, Diapositivas de Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red, UC3M Máster en Energías Renovables en Sistemas Eléctricos, 2018 17 PVSYST V6.77 25/12/18 Página 1/4 Sistema Conectado a la Red: Parámetros de la simulación Proyecto : Dimensionado de Instalación Solar Fotovoltaica Conectada a Red Sitio geográfico Leganés Ubicación Tiempo definido como Latitud Hora Legal Albedo Leganés Datos meteorológicos: País España 40.33° N Longitud -3.78° W Huso horario UT+1 Altitud 696 m 0.20 PVGIS CM SAF, satélite 1998-2011 - Sintético PVsyst PRUEBA Variante de simulación : Potencia instalada maximizada Fecha de simulación Parámetros de la simulación Tipo de sistema Orientación plano captador Inclinación 25/12/18 13h44 Sistema en cobertizos, fila simple 30° Acimut -45° Configuración de los cobertizos Núm. de cobertizos 13 Conjunto en cobertizos simple Separación entre cobertizos 3.60 m Ancho receptor Banda inactiva Arriba 0.02 m Abajo Ángulo límite de sombreado Ángulo de perfil límiteFactor 21.6°de ocupación del suelo (GCR) 1.67 m 0.02 m 46.4 % Modelos empleados Perez, Meteonorm Transposición Perez Difuso PVsyst PRUEBA Horizonte Sombreados cercanos Sin horizonte Según cadenas de módulos Necesidades del usuario : Efecto eléctrico 100 % Carga ilimitada (red) Características del conjunto FV Módulo FV Si-mono Modelo Base de datos Pvsyst original Fabricante Número de módulos FV En serie Núm. total de módulos FV Núm. módulos Potencia global del conjunto Nominal (STC) Caract. funcionamiento del conjunto (50°C) U mpp Superficie total Superficie módulos JKM 270M-60 Jinkosolar 20 módulos En paralelo 260 Pnom unitaria 70.2 kWp En cond. de funciona. 557 V I mpp 426 m² Superficie célula 13 cadenas 270 Wp 63.3 kWp (50°C) 114 A 370 m² Inversor Base de datos Pvsyst original Características Ingecon Sun 60 Ingeteam 405-750 V 60.0 kWac PVsyst PRUEBA Paquete de inversores Modelo Fabricante Voltaje de funcionam. Núm. de inversores 1 unidades Pnom unitaria Potencia total Relación Pnom 60 kWac 1.17 Factores de pérdida del conjunto FV Suciedad del conjunto Factor de pérdidas térmicas Uc (const) Pérdida óhmica en el Cableado Res. global conjunto Pérdida Diodos en Serie Caída de voltaje LID - "Light Induced Degradation" Pérdida Calidad Módulo Pérdidas de "desajuste" Módulos Pérdidas de "desajuste" cadenas Efecto de incidencia, parametrización ASHRAE IAM = 29.0 W/m²K Fracción de pérdidas Uv (viento) 54 mOhm 0.7 V 3.0 % 0.0 W/m²K / m/s Fracción de pérdidas Fracción de pérdidas Fracción de pérdidas Fracción de pérdidas Fracción de pérdidas Fracción de pérdidas 1 - bo (1/cos i - 1) Parám. bo 1.0 % en STC 0.1 % en STC 1.0 % -0.8 % 1.0 % en MPP 0.10 % 0.05 16 m 0.5 % en STC PVsyst PRUEBA Factores de pérdida del sistema Pérdida óhmica en el Cableado Conductores: 3x25.0 mm² PVsyst Evaluation mode Fracción de pérdidas Traducción sin garantía, Sólo el texto inglés está garantizado. PVSYST V6.77 25/12/18 Página 2/4 Sistema Conectado a la Red: Definición del sombreado cercano Proyecto : Dimensionado de Instalación Solar Fotovoltaica Conectada a Red Variante de simulación : Potencia instalada maximizada Parámetros principales del sistema Sombreados cercanos Orientación Campos FV Módulos FV Conjunto FV Inversor Necesidades del usuario Tipo de sistema Sistema en cobertizos, fila simple Según cadenas de módulos inclinación Modelo Núm. de módulos Modelo Carga ilimitada (red) 30° JKM 270M-60 260 Ingecon Sun 60 Efecto eléctrico acimut Pnom Pnom total Pnom 100 % -45° 270 Wp 70.2 kWp 60.0 kW ac PVsyst PRUEBA Perspectiva del campo FV y situación del sombreado cercano PVsyst PRUEBA PVsyst PRUEBA Diagrama de Iso-sombreados Dimensionado de Instalación Solar Fotovoltaica Conectada a Red Factor de sombreado del directo (según cadenas de módulos) : Curvas de Iso-sombreados 90 Pérdida de sombreado: 1 % Pérdida de sombreado: 5 % Pérdida de sombreado: 10 % Pérdida de sombreado: 20 % Pérdida de sombreado: 40 % 75 Atenuación para difuso: 0.045 y para albedo: 0.690 13h 1 2 12h 1: 22 junio 2: 22 may - 23 jul 3: 20 abr - 23 ago 4: 20 mar - 23 sep 5: 21 feb - 23 oct 6: 19 ene - 22 nov 7: 22 dic 14h 15h Altura del sol [[°]] 60 3 11h 16h 4 10h 45 17h 5 PVsyst PRUEBA 9h 30 18h 6 7 8h 19h 15 7h 20h Detrás el plano Detrás el plano 0 -120 PVsyst Evaluation mode -90 -60 -30 0 Acimut [[°]] 30 60 90 120 Traducción sin garantía, Sólo el texto inglés está garantizado. PVSYST V6.77 25/12/18 Página 3/4 Sistema Conectado a la Red: Resultados principales Proyecto : Dimensionado de Instalación Solar Fotovoltaica Conectada a Red Variante de simulación : Potencia instalada maximizada Parámetros principales del sistema Sombreados cercanos Orientación Campos FV Módulos FV Conjunto FV Inversor Necesidades del usuario Tipo de sistema Sistema en cobertizos, fila simple Según cadenas de módulos inclinación Modelo Núm. de módulos Modelo Carga ilimitada (red) Efecto eléctrico acimut Pnom Pnom total Pnom 30° JKM 270M-60 260 Ingecon Sun 60 100 % -45° 270 Wp 70.2 kWp 60.0 kW ac PVsyst PRUEBA Resultados principales de la simulación Producción del sistema Energía producida Índice de rendimiento (PR) Producciones normalizadas (por kWp instalado): 106.8 MWh/añoProduc. específica 77.52 % Potencia nominal 70.2 kWp Índice de rendimiento (PR) 10 1.0 Lc : Pérdida colectada (conjunto FV) Ls : Pérdida sistema (inversor, ...) Yf : Energía útil producida (salida inversor) 8 PR : Índice de rendimiento (Yf/Yr) : 0.775 0.98 kWh/kWp/día 0.23 kWh/kWp/día 4.17 kWh/kWp/día 0.9 0.8 (PR) [kWh/kWp/día] 1522 kWh/kWp/año 0.7 rendimiento de Índice 4 Energía normalizada PVsyst PRUEBA 6 2 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov 0.0 Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Potencia instalada maximizada PVsyst PRUEBA Balances y resultados principales GlobHor DiffHor T_Amb GlobInc GlobEff EArray E_Grid kWh/m² kWh/m² °C kWh/m² kWh/m² MWh MWh PR Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 64.2 87.1 145.1 167.1 206.5 230.1 248.6 216.7 160.2 115.0 71.7 58.9 26.95 32.22 58.03 61.83 70.20 64.43 49.72 49.84 44.86 41.40 29.40 25.33 4.70 5.00 8.50 12.30 16.30 21.30 25.60 25.20 20.30 14.70 8.90 5.10 91.5 113.4 168.8 178.7 208.1 223.0 242.0 223.5 183.7 144.4 97.9 87.8 80.4 102.4 153.8 163.9 191.4 205.4 224.4 206.7 168.4 130.8 87.3 76.6 4.93 6.45 10.05 10.71 12.29 13.02 13.82 12.73 10.55 8.01 5.28 4.85 4.64 6.11 9.55 10.15 11.66 12.36 13.11 12.08 10.00 7.60 4.98 4.58 0.723 0.768 0.805 0.809 0.798 0.790 0.771 0.770 0.776 0.750 0.724 0.743 Año 1771.1 554.20 14.05 1962.9 1791.5 112.70 106.81 0.775 PVsyst PRUEBA Leyendas: GlobHor DiffHor T_Amb GlobInc PVsyst Evaluation mode Irradiación global horizontal Irradiación difusa horizontal Temperatura Ambiente Global incidente plano receptor GlobEff EArray E_Grid PR Global efectivo, corr. para IAM y sombreados Energía efectiva en la salida del conjunto Energía inyectada en la red Índice de rendimiento Traducción sin garantía, Sólo el texto inglés está garantizado. PVSYST V6.77 25/12/18 Página 4/4 Sistema Conectado a la Red: Diagrama de pérdidas Proyecto : Dimensionado de Instalación Solar Fotovoltaica Conectada a Red Variante de simulación : Potencia instalada maximizada Parámetros principales del sistema Sombreados cercanos Orientación Campos FV Módulos FV Conjunto FV Inversor Necesidades del usuario Tipo de sistema Según cadenas de módulos inclinación Modelo Núm. de módulos Modelo Carga ilimitada (red) Sistema en cobertizos, fila simple 30° JKM 270M-60 260 Ingecon Sun 60 Efecto eléctrico acimut Pnom Pnom total Pnom 100 % -45° 270 Wp 70.2 kWp 60.0 kW ac PVsyst PRUEBA Diagrama de pérdida durante todo el año 1771 kWh/m² Irradiación global horizontal +10.8% Global incidente plano receptor -0.1% Global incident below threshold -3.2% Sombreados cercanos: perdida de irradiancia PVsyst PRUEBA -2.7% -3.0% Factor IAM en global Factor de pérdida por suciedad 1792 kWh/m² * 426 m² capt. Irradiancia efectiva en receptores eficiencia en STC = 16.52% Conversión FV 126.0 MWh -0.2% Energía nominal del conjunto (según efic. STC) Pérdida debido a nivel de irradiancia -4.5% Pérdida debido a temperatura de conjunto -4.0% Sombreados: pérdida eléctrica según cadenas mód. +0.8% Pérdida calidad de módulo -1.0% LID - "Light Induced Degradation" -1.1% Pérdidas desajuste, módulos y cadenas PVsyst PRUEBA -0.8% Pérdida óhmica del cableado Energía virtual del conjunto en MPP -4.9% Pérdida del inversor durante el funcionamiento (eficiencia) 112.8 MWh -0.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% Pérdida del inversor, exceso de potencia Pérdida del inversor, límite de corriente Pérdida del inversor, exceso de voltaje Pérdida del inversor, umbral de potencia Pérdida del inversor, umbral de voltaje Energía Disponible en la Salida del Inversor -0.3% Pérdidas óhmicas CA Energía inyectada en la red 107.1 MWh 106.8 MWh PVsyst PRUEBA PVsyst Evaluation mode Traducción sin garantía, Sólo el texto inglés está garantizado. www.jinkosolar.com JKM270M-60 MÓDULO MONOCRISTALINO 250-270 vatios Jinko Solar introduce una nueva línea de módulos de alta eficiencia en amplia gama de aplicación. Principales características El módulo en conjunto cuenta con una elevada resistencia certificada al viento (2400 Pa) y a la nieve (5400 Pa) Capacidad de autolimpieza perfecta de los módulos, se reduce la pérdida de energía ocasionada por el efecto de suciedad del polvo ELEGENT Células y módulos de aspecto más elegante Excelente rendimiento en un entorno de baja irradiación lumínica Alta resistencia a la niebla salina y al amoniaco CALIDAD Y SEGURIDAD Tolerancia positiva 0/+3% * Garantía de producto de 10 años (material y mano de obra) * Garantía de potencia (12 años al 90%, 25 años al 80%) Garantía de degradación lineal * Garantía de degradación de primera categoría Nueva garantía de degradación línea MCS Potencia garantizada Valo r aña dido de Garantía de degradación estándar la ga rantí a líne a de Jinko Sola r años * Según las necesidades del cliente y las condiciones contractuales Fábrica con certificación ISO9001:2008,ISO14001:2004,OHSAS18001 Productos con certificación IEC61215, IEC61730, IEC61701,IEC62716 Aplicaciones Tejados residenciales conectados a la red eléctrica Tejados comerciales o industriales conectados a la red eléctrica Plantas de energía solar Sistemas no conectados a la red eléctrica Rendimiento eléctrico y dependencia de la temperatura Dibujos técnicos 992 Curvas de Intensidad- Tensión y potencia- tensión (265W) 942 40 Coeficiente de temperatura según Isc, Voc y Pmax XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Ⅱ 180 100 caja de conexión Ⅰ orificios de instalación Etiqueta L 10 9 4 860 1360 8 Corriente(A) de conexión a tierra Negativo - + Positivo conector 200 7 6 160 5 120 4 A A 240 3 80 2 40 1 Frontal Lateral 160 140 120 Isc 100 Voc 80 Pmax 60 40 20 0 0 Atrás Potencia(W) 1650 Ø 2- 280 valores normalizados de Isc, Voc y Pmáx(%) XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Ⅲ 0 10 5 15 20 25 30 35 40 45 -50 -25 25 0 50 75 100 temperatura de célula (℃) Voltaje (V) Características mecánicas TipodecélulaMonocristalina156×156mm(6pulgadas) Nºdecélulas 60(6×10) 1650×992×40mm(65,00×39,05×1,57pulgadas) Dimensiones 18,5kg(40,8libras.) Peso Vidriofrontal3,2mm,altatransmisión,bajocontenidoenhierro,vidriotemplado Embalaje Estructura (Doscajas=unpalet) Cajadeconexión 25pzs./caja,50pzs./caja,700pzs./40'HQcontenedores CablesdesalidaTÜV1×4,0mm2,longitud:900mm Aleacióndealuminioanodizado ClaseIP67 ESPECIFICACIONES JKM250M Tipodemódulo JKM260M JKM255M STC NOCT STC NOCT STC NOCT 250Wp 185Wp 255Wp 189Wp 260Wp 193Wp 265Wp 197Wp 270Wp 201Wp TensiónenelpuntoPmáx-VMPP(V) 30.6V 28.4V 30.8V 28.6V 30.9V 28.7V 31.2V 29.0V 31.4V 29.3V CorrienteenelpuntoPmáx-IMPP(A) 8.17A 6.51A 8.28A 6.60A 8.42A 6.71A 8.50A 6.78A 8.60A 6.85A Tensiónencircuitoabierto-VOC(V) 37.6V 34.8V 37.8V 35.0V 37.9V 35.1V 38.2V 35.4V 38.4V 35.6V Corrientedecortocircuito-ISC(A) 8.70A 7.02A 8.96A 7.21A 9.10A 7.32A 9.19A 7.39A 9.28A 7.45A 15.27% NOCT JKM270M Potencianominal(Pmáx) Eficienciadelmódulo(%) STC JKM265M 15.58% Temperaturadefuncionamiento(℃) 15.89% 15A Toleranciadepotencianominal(%) 0~+3% CoeficientedetemperaturadePMAX -0.40%/℃ CoeficientedetemperaturadeVOC -0.29%/℃ CoeficientedetemperaturadeISC 0.05%/℃ TEMPERATURAoperacionalnominaldecélula 45±2℃ NOCT : 16.50% 1000VDC (IEC) VALORESmáximosrecomendadosdelosfusibles Radiación1000W/m NOCT -40℃~+85℃ Tensiónmáximadelsistema STC : 16.19% STC Célulamódulo25°C 2 Radiación800W/m 2 Ambientemódulo20°C AM=1.5 AM=1.5 Velocidaddelviento1m/s * TOLERANCIAdemedicióndepotencia:±3% La empresa se reserva el derecho final de explicación de toda la información presentada por este medio. SP-MKT-270M_rev2014 SUN Power Con transformador 50 / 60 / 70 / 80 / 90 / 100 ÓPTIMAS PRESTACIONES EN GRANDES INSTALACIONES MULTI-MEGAVATIO Fácil mantenimiento Datalogger interno para almacenamiento de datos de hasta 3 meses. Se puede controlar desde un PC remoto o in situ desde el teclado frontal del inversor. LEDs indicadores de estado y alarmas. Pantalla LCD. Vida útil de más de 20 años. Inversor trifásico para instalaciones en cubierta de medianas y grandes potencias, y para instalaciones multi-megavatio en suelo. Máxima eficiencia a temperaturas elevadas Avanzado sistema de seguimiento del punto de potencia máxima (MPPT). Es capaz de soportar huecos de tensión y dispone de un control de potencia activa y reactiva. Apto para instalaciones de media tensión. Software incluido Incluyen sin coste las aplicaciones INGECON® SUN Manager, INGECON® SUN Monitor y su versión para smartphone iSun Monitor para la monitorización y registro de datos del inversor a través de internet. Fácil instalación No necesita elementos adicionales. Se puede desconectar manualmente de la red. Completo equipamiento de protecciones eléctricas incluido de serie. Garantía estándar de 5 años, ampliable hasta 25 años PROTECCIONES ACCESORIOS OPCIONALES Aislamiento galvánico entre la parte DC y AC. Anti-isla con desconexión automática. Polarizaciones inversas. Seccionador DC. Cortocircuitos y sobrecargas en la salida. Fusibles DC. Fallos de aislamiento. Comunicación entre inversores mediante Ethernet, Bluetooth o RS-485. Seccionador magneto-térmico AC. Descargadores de sobretensiones DC y AC, tipo 2. Comunicación remota GSM / GPRS. Monitorización de las corrientes de string del campo FV: INGECON® SUN String Control. Kit de puesta a tierra para los módulos FV que lo requieran. RENDIMIENTO Eficiencia (%) INGECON® SUN 100 Vdc = 450 V 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 0 10 20 30 40 50 60 Potencia (kW) www.ingeteam.com solar.energy@ingeteam.com 70 80 90 100 SUN Power con transformador 50 60 70 80 90 100 Rango pot. campo FV recomendado(1) 52 - 65 kWp 63 - 78 kWp 73 - 91 kWp 83 - 104 kWp 93 - 117 kWp 104 - 130 kWp Rango de tensión MPP 405 - 750 V 405 - 750 V 405 - 750 V 405 - 750 V 405 - 750 V 405 - 750 V Tensión máxima(2) 900 V 900 V 900 V 900 V 900 V 900 V Corriente máxima 130 A 156 A 182 A 208 A 234 A 260 A Nº entradas 4 4 4 4 4 4 MPPT 1 1 1 1 1 1 Potencia nominal(3) 55 kW 66 kW 77 kW 88 kW 99 kW 110 kW Corriente máxima 93 A 118 A 131 A 156 A 161 A 161 A Tensión nominal 400 V 400 V 400 V 400 V 400 V 400 V 50 / 60 Hz 50 / 60 Hz 50 / 60 Hz 50 / 60 Hz 50 / 60 Hz 50 / 60 Hz 1 1 1 1 1 1 Sí. Smáx=55 kVA Sí. Smáx=66 kVA Sí. Smáx=77 kVA Sí. Smáx=88 kVA Sí. Smáx=99 kVA Sí. Smáx=110 kVA <3% <3% <3% <3% <3% <3% Eficiencia máxima 96,3% 96,4% 97,2% 97,5% 96,9% 96,8% Euroeficiencia 94,3% 94,7% 96,1% 96,2% 95,8% 95,7% Valores de Entrada (DC) Valores de Salida (AC) Frecuencia nominal Coseno Phi(4) Coseno Phi ajustable THD(5) Rendimiento Datos Generales 2.600 m3/h 2.600 m3/h 2.600 m3/h 2.600 m3/h 2.600 m3/h 2.600 m3/h Consumo en stand-by(6) Refrigeración por aire 30 W 30 W 30 W 30 W 30 W 30 W Consumo nocturno 1W 1W 1W 1W 1W 1W -20ºC a +65°C -20ºC a +65°C -20ºC a +65°C -20ºC a +65°C -20ºC a +65°C -20ºC a +65°C 0 - 95% 0 - 95% 0 - 95% 0 - 95% 0 - 95% 0 - 95% IP20 IP20 IP20 IP20 IP20 IP20 Temperatura de funcionamiento Humedad relativa (sin condensación) Grado de protección Notas: (1) Dependiendo del tipo de instalación y de la ubicación geográfica (2) No superar en ningún caso. Considerar el aumento de tensión de los paneles ‘Voc’ a bajas temperaturas (3) Potencia AC hasta 40ºC de temperatura ambiente. Por cada ºC de incremento, la potencia de salida se reducirá un 1,8% (4) Para PAC>25% de la potencia nominal (5) Para PAC>25% de la potencia nominal y tensión según IEC 61000-3-4 (6) Consumo desde el campo fotovoltaico. Referencias normativas: CE, EN 61000-6-2, EN 61000-6-4, EN 61000-3-11, EN 61000-3-12, EN 50178, EN 62109-1, EN 62109-2, FCC Part 15, IEC 62116, RD1699/2011, DIN V VDE V 0126-1-1, CEI 0-16, CEI 0-21, DE-AR-N 4105:2011-08, BDEW-Mittelspannungsrichtlinie:2011, A70 Terna, P.O.12.3, South Africa Grid code, IEEE929, IEC61727. Power Inversor Transformador L1 Filtro Entrada fotovoltaica L2 L3 Dimensiones y peso (mm) 1.761 50 / 60 900 kg. 1.0 31 View publication stats 87 7 70 / 80 1.026 kg. 90 / 100 1.162 kg. Salida AC para conexión a red