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Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniera
Escuela de Ingeniera Elctrica
IE 0502 Proyecto Elctrico
Diseo de un sistema elctrico fotovoltaico para una comunidad aislada
Por:
Carlos Roberto Prado Mora
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Julio del 2008
ii
Diseo de un sistema elctrico fotovoltaico para una comunidad aislada
Por: Carlos Roberto Prado Mora
Sometido a la Escuela de Ingeniera Elctrica de la Facultad de Ingeniera
de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de:
BACHILLER EN INGENIERA ELCTRICA
Aprobado por el Tribunal:
_________________________________
Ing. Jaime Allen Flores Profesor Gua
_________________________________ _________________________________
M.Sc. Luis Diego Marn Naranjo Ing. Juan Ramn Rodrguez Solera Profesor lector Profesor lector
iv
DEDICATORIA
A mis padres, por su comprensin y apoyo incondicionales.
v
NDICE GENERAL
NDICE DE FIGURAS ...............................................................................vii NDICE DE TABLAS............................................................................... viii NOMENCLATURA......................................................................................x RESUMEN...................................................................................................xii
CAPTULO 1: Introduccin.........................................................................1 1.1 Objetivos.................................................................................................................3
1.1.1 Objetivo general..............................................................................................3 1.1.2 Objetivos especficos ......................................................................................3
1.2 Metodologa ............................................................................................................5
CAPTULO 2: Generacin elctrica a partir de sistemas fotovoltaicos autnomos................................................................................7 2.1 Conversin de luz solar en energa elctrica ....................................................................7
2.1.1 La celda solar .........................................................................................................7 2.1.2 Tipos de celdas solares FV ..................................................................................14 2.1.3 Paneles solares FV ...............................................................................................15
2.2 Diseo de un sistema fotovoltaico autnomo .................................................................21 2.2.1 Generador fotovoltaico: .......................................................................................21 2.2.2 Estructura de soporte mecnica para el generador...............................................27 2.2.3 Sistema de almacenamiento:................................................................................28 2.2.4 Regulador de carga: .............................................................................................40 2.2.5 Sistema de adaptacin de corriente (inversor):....................................................50 2.2.6 Cableado: .............................................................................................................54 2.2.7 Dispositivos de proteccin...................................................................................56 2.2.8 Cargas ..................................................................................................................57
2.3 Electrificacin rural con sistemas fotovoltaicos autnomos...........................................58
CAPTULO 3: Diseo del sistema fotovoltaico de generacin elctrica para la Isla Carti .........................................................................................64 3.1 Estimacin del nivel de radiacin solar ..........................................................................65
vi
3.2 Estimacin de la carga conectada actualmente en la Isla ...............................................67 3.3 Equipos fotovoltaicos disponibles en el mercado...........................................................68 3.4 Dimensionamiento de los componentes y estimacin del presupuesto ..........................69
3.4.1 Voltaje de la instalacin.......................................................................................69 3.4.2 Consumo elctrico real ........................................................................................69 3.4.3 Paneles solares .....................................................................................................70 3.4.4 Estructuras de soporte ..........................................................................................71 3.4.5 Reguladores de carga ...........................................................................................71 3.4.6 Bateras ................................................................................................................72 3.4.7 Inversor ................................................................................................................72 3.4.8 Topologa del sistema ..........................................................................................73 3.4.9 Clculo del presupuesto inicial total ....................................................................75 3.4.9 Posible financiamiento del proyecto....................................................................76
CAPTULO 4: Conclusiones y recomendaciones ......................................78 BIBLIOGRAFA.........................................................................................80 APNDICES ...............................................................................................83 A1. Componentes Disponibles en el Mercado......................................................................83 ANEXOS......................................................................................................99
vi
NDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Bandas de energa en los materiales .................................................................9
Figura 2.2 Dopado del silicio..............................................................................................11
Figura 2.3 Construccin de la celda solar fotovoltaica ...................................................11
Figura 2.4 Juntura N-P en equilibrio................................................................................13
Figura 2.4 Paneles solares y sus principales componentes..............................................16
Figura 2.5 Definicin de las horas pico solares ................................................................25
Figura 2.5: Variacin del voltaje en una batera con regulador de carga.....................45
Figura 2.6 Tensin de salida de un inversor de onda cuadrada.....................................51
Figura 2.8 Tensin de salida de un inversor de onda sinusoidal modificada................52
Figura 2.9 Datos de acceso a la electricidad en entorno rural (azul) y urbano (gris) de
algunos pases. .....................................................................................................................59
Figura 2.10 Sistema de electrificacin hbrido fotovoltaico con motorgenerador........61
Figura 3.1 Ubicacin Geogrfica de la Isla Carti ............................................................64
Figura 3.2 Irradiacin solar promedio en algunas localidades de Panam ..................65
Figura 3.3 Radiacin diaria promedio para cada mes en la zona del canal..................66
Figura 3.4 Sistema hbrido fotovoltaico diseado............................................................74
vi
NDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Eficiencia y costo de los paneles solares FV ....................................................18
Tabla 2.2 Valores de descarga mxima porcentual permitida .......................................37
Tabla 2.3 Numero de ciclos requeridos antes de una descarga del 50% .......................40
Tabla 3.1 Clculo del consumo elctrico en la Isla ..........................................................67
Tabla 3.2 Costo de bancos de bateras de distintos tipos ................................................72
Tabla 3.2 Costo inicial total del proyecto .........................................................................75
Tabla A1.1 Paneles solares.................................................................................................83
Tabla A1.1 Paneles solares (continuacin) .......................................................................84
Tabla A1.1 Paneles solares (continuacin) .......................................................................85
Tabla A1.2 Estructuras de soporte para paneles.............................................................86
Tabla A1.3 Reguladores .....................................................................................................87
Tabla A1.3 Reguladores (continuacin) ...........................................................................88
Tabla A1.4 Inversores e inversores/cargadores ...............................................................89
Tabla A1.4 Inversores e inversores/cargadores (continuacin) .....................................90
Tablas A1.5 Bateras...........................................................................................................91
Tabla A1.5.1 Bateras SLI..................................................................................................91
Tabla A1.5.1 Bateras SLI (continuacin) ........................................................................92
Tabla A1.5.2 Bateras AGM ..............................................................................................92
Tabla A1.5.3 Bateras tubulares ........................................................................................93
ix
Tabla A1.5.3 Bateras tubulares (continuacin) ..............................................................94
Tabla A1.5.4 Bateras VRLA.............................................................................................95
Tabla A1.5.4 Bateras VRLA (continuacin) ...................................................................96
Tabla A1.5.4 Bateras VRLA (continuacin) ...................................................................97
Tabla A1.5.4 Bateras VRLA (continuacin) ...................................................................98
x
NOMENCLATURA
C: Capacidad del Banco de Bateras
CA: Corriente alterna
Cb: Carga total que puede extraerse de la batera
CC: Corriente Directa
Cd: Consumo Diario (Wh/da)
Cp: Potencia de captacin de un panel fotovoltaico (kWp)
Cu: Capacidad Disponible de la batera
FV: Fotovoltaico
HPS: Horas Pico Solares
kb: Coeficiente de prdidas debidas al rendimiento del acumulador
kc: Coeficiente de prdidas en el inversor:
kv: Coeficiente de prdidas varias
ka: Coeficiente de autodescarga diaria de las bateras
N: Das de autonoma de la instalacin
n: Nmero de aparatos del mismo tipo
: Eficiencia
Np: Nmero de paneles
Pd: Profundidad de descarga de la batera en un ciclo diario
Pdmax: Mxima profundidad de descarga de la batera
P: Potencia (W)
xi
PMW: Modulacin por anchura de pulsos
R: Rendimiento Global de la Instalacin Fotovoltaica
H: Radiacin Solar Diaria (kWh/m*da)
SLI: Acrnimo de Starting, Lighting, Ignition; Batera para automviles
Tipo N: Semiconductor con cargas mayoritariamente negativas
Tipo P: Semiconductor con cargas mayoritariamente positivas
V: Volts, unidad de medida de cada de tensin
Vdc: Volts de corriente directa
W: Wats, unidad de medida de potencia
Wh: Watts-hora
Wp: Watts pico
xi
RESUMEN
En el presente proyecto se realiza el diseo de un sistema de electrificacin hbrido
fotovoltaico (generador fotovoltaico motorgenerador) para abastecer el consumo elctrico
de una comunidad de aproximadamente 130 casas ubicada en la Isla Cart en el Golfo de
San Blas en Panam. Inicialmente se realiza una investigacin sobre la forma en que se
realiza la conversin de energa solar en electricidad a partir de las celdas solares,
componente bsico de los paneles solares que se emplean para formar el generador
elctrico fotovoltaico. Seguidamente, se analiza el funcionamiento de sistemas
fotovoltaicos autnomos, sus principales componentes y las recomendaciones que deben
tomarse en cuenta a la hora de realizar el dimensionamiento y la escogencia de los equipos
a utilizar. En la segunda parte del trabajo se estima el nivel de radiacin solar promedio en
la zona de inters, as como el consumo elctrico diario debido a las cargas conectadas
actualmente en la isla; se compilan adems datos sobre precios de una amplia variedad de
equipos para aplicaciones fotovoltaicas, a partir de los cuales se realiza un clculo del
presupuesto inicial total necesario para la implementacin del proyecto. Finalmente se
ofrece una posibilidad de financiamiento para el proyecto considerando las condiciones del
mismo.
1
CAPTULO 1: Introduccin
Los sistemas fotovoltaicos, que permiten la generacin de electricidad a partir de la
radiacin solar, constituyen una alternativa importante en aplicaciones en que se requiere
alimentar equipos elctricos en reas que se encuentran excesivamente alejadas de la red
elctrica, o en que las condiciones del terreno circundante imposibilita la extensin de las
lneas de transmisin para cubrir las necesidades de electrificacin en estas zonas. Este
puede ser el caso, por ejemplo, de estaciones metereolgicas y torres de transmisin de
datos.
Este tipo de sistemas fotovoltaicos no son muy difundidos a nivel comercial en
reas urbanas o con posibilidad de conectarse a una red de electrificacin, debido a que la
fabricacin de las celdas solares que conforman los paneles, principales componentes del
sistema fotovoltaico, requiere actualmente un elevado consumo energtico; lo que se
traduce en alto costo de inversin inicial.
Por otra parte, este tipo de tecnologa presenta numerosas ventajas: instalacin
simple, emplea una fuente de energa limpia y gratuita, su operacin es automtica y
silenciosa, requiere poco mantenimiento y es amigable con el ambiente. Dos ventajas
principales las instalaciones de generacin fotovoltaica es que son autnomas y fcilmente
expandibles, de donde se deriva una de sus ms importantes aplicaciones en la actualidad:
la electrificacin para uso domstico en lugares que se encuentran aislados de la red
elctrica, como es el caso de muchas comunidades rurales en Amrica Latina.
2
En el presente Proyecto Elctrico, se pretende brindar una opcin de generacin
fotovoltaica para la comunidad de la Isla Cart en el Golfo de San Blas, Panam;
actualmente electrificados mediante un sistema con fuente trmica de generacin.
A pesar de los altos costos de inversin que representan estos sistemas solares
fotovoltaicos, muchas veces alejados del presupuesto disponible en una comunidad rural,
proyectos de este tipo se han implementado ya en nuestro pas y en pases vecinos como
Mxico; financiados total o parcialmente por un banco o una institucin internacional. Es
por esta razn que parte del proyecto se enfoca a investigar sobre instituciones que brindan
ayudas y financiamientos para la instalacin de este tipo de sistemas, y que podran
contribuir para concretar la construccin del sistema diseado.
3
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo general
Elaborar una propuesta para la implementacin de un sistema fotovoltaico autnomo
centralizado de generacin elctrica para la comunidad de la Isla Cart en el Golfo de
San Blas, Panam. El sistema deber poder abastecer las cargas existentes, conectadas
actualmente a un sistema elctrico con una fuente trmica de generacin; dicha fuente
se aprovechar como una fuente de respaldo para el sistema.
1.1.2 Objetivos especficos
Realizar una investigacin sobre los niveles promedio de radiacin solar que
se registran en las zonas del Caribe de Panam.
Investigar sobre las principales caractersticas y los costos de los equipos para
generacin fotovoltaica disponibles actualmente en el mercado.
Estimar la carga que se encuentra conectada actualmente en la Isla Cart.
Disear el sistema fotovoltaico centralizado de generacin elctrica para la
comunidad de la isla; utilizando tecnologas sencillas y de fcil
mantenimiento, y empleando la fuente trmica existente como una fuente de
respaldo del sistema. En esta etapa de diseo se incluir la colocacin de
medidores en las viviendas y locales conectados al sistema, para cuantificar la
cantidad de energa consumida por los beneficiarios y contar con una forma
consistente de cobro del servicio.
4
Estimar el presupuesto necesario para la construccin del proyecto e investigar
sobre las instituciones que brindan apoyo y financiamiento para este tipo de
instalaciones.
5
1.2 Metodologa
Para realizar el diseo del sistema fotovoltaico de electrificacin es necesario conocer
las caractersticas y el funcionamiento de los distintos componentes que conforman la
instalacin aislada, para esto se realizar una investigacin de fuentes bibliogrficas y
pginas de Internet, con la finalidad de comprender los aspectos bsicos de la generacin
de electricidad a partir de celdas solares y los principios de funcionamiento de stas y de los
paneles, reguladores de carga, inversores y dems equipos que conforman el sistema. La
investigacin abarcar adems las tcnicas de diseo que se emplean actualmente para la
elaboracin de proyectos de este tipo. Como un complemento en la etapa de diseo del
sistema, se espera realizar consultas a profesionales con experiencia en el tratamiento de
este tipo de tecnologas, que puedan brindar una visin realista de los principales aspectos
de la generacin elctrica a partir de sistemas fotovoltaicos en la actualidad.
En el proceso de estimar el nivel de radiacin en la zona de inters, se cuenta con un
documento llamado Experiencias y Estado de la Oficina de Desarrollo Limpio en
Panam, de la Autoridad Nacional del Ambiente en ese pas. En dicho documento se
especifican los niveles de radiacin solar en distintas localidades de este pas para 1990, y
datos de mediciones ms recientes (2002). Los datos brindados por este documento debern
compararse con datos suministrados por otras fuentes similares, para tener una mejor
aproximacin del valor real de la radiacin solar promedio en esta rea.
6
La investigacin sobre los equipos fotovoltaicos disponibles actualmente en el
mercado y sus principales caractersticas, se realizar bsicamente ingresando a los sitios
web de los principales distribuidores de este tipo de componentes, que generalmente
brindan informacin explcita sobre los aspectos ms relevantes de los equipos en cuestin
(eficiencia, capacidad, costos, etc.).
Para la estimacin de la carga conectada en la Isla Cart, se tiene el detalle de la
cantidad y el tipo de equipos que actualmente se abastecen de la fuente trmica de
generacin (bombillos, televisores, radios, etc.). Es necesario establecer un promedio de la
potencia que consume cada aparato, as como de la cantidad de horas que se utiliza
diariamente cada uno de dichos equipos, para determinar de esta forma cul es la carga total
que se requiere alimentar a partir del sistema generador fotovoltaico. Para este clculo,
debern aproximarse tambin las posibles prdidas que se dan en el sistema (prdidas en
cables, eficiencia de los componentes).
Finalmente, el clculo del presupuesto se realiza en base a los precios promedio de
los equipos ms favorables a los fines del proyecto, incluyendo adems una estimacin de
los gastos adicionales derivados de la instalacin, administracin y otros gastos generales.
7
CAPTULO 2: Generacin elctrica a partir de sistemas fotovoltaicos autnomos
2.1 Conversin de luz solar en energa elctrica
2.1.1 La celda solar
La conversin directa de la luz solar en energa elctrica se consigue mediante las
celdas solares, por un proceso llamado efecto fotovoltaico (FV). Para comprender este
efecto, se considera a continuacin la forma en que se construyen las celdas solares y los
procesos internos que permiten la generacin de una corriente elctrica a partir de la
radiacin solar incidente sobre dichas celdas.
La celda solar posee una estructura similar a la de un diodo, y como tal, los
principales componentes que conforman su estructura interna son los materiales
semiconductores. Estn compuestas bsicamente por una capa de semiconductor tipo N y
otra capa de semiconductor tipo P.
Los materiales en general pueden clasificarse en conductores, aislantes y
semiconductores, de acuerdo con su conductividad elctrica. La conductividad elctrica
indica el grado de movilidad que presentan los electrones dentro de una sustancia
especfica.
8
Los electrones que pueden generar una corriente elctrica en un material son los que
se encuentran en las rbitas exteriores o banda de valencia de los tomos, que tienen menor
fuerza de atraccin por parte del ncleo y pueden ser liberados de la misma al aplicar una
diferencia de potencial al material (3). Para ser liberado de la fuerza de atraccin del ncleo
del tomo, la energa suministrada al electrn por el campo elctrico generado por una
diferencia de potencial, deber ser suficiente para que este salte de la banda de valencia
sobre la llamada banda prohibida, hacia la banda de conduccin. La figura 2.1 muestra la
disposicin de estas bandas en materiales conductores, aislantes y semiconductores.
En materiales conductores las bandas de valencia y de conduccin se traslapan por
lo que los electrones de la banda externa de valencia tienen mucha movilidad, y pueden
saltar de tomo a tomo, an a la temperatura ambiente. El valor de la conductividad
(inversa de la resistividad) es elevado en estos materiales.
En materiales aislantes, an cuando se apliquen voltajes elevados a la estructura del
material, la fuerza que se ejerce sobre los electrones de la rbita externa no es suficiente
para permitir que estos atraviesen la banda prohibida y puedan establecer una corriente.
9
Figura 2.1 Bandas de energa en los materiales1
Los materiales semiconductores presentan caractersticas intermedias entre
conductores y aislantes, el nivel de energa necesario para que los electrones crucen la
banda prohibida en estas sustancias es mayor que el necesario en un conductor pero no tan
elevado como en el caso de un aislante. El salto de energa entre una banda y otra en un
semiconductor es pequeo, por lo que suministrando energa pueden conducir la
electricidad y su conductividad puede regularse, puesto que basta disminuir la energa
aportada para que sea menor el nmero de electrones que salte a la banda de conduccin;
cosa que no puede hacerse con los metales, cuya conductividad es constante o poco
variable con la temperatura.
Se puede conseguir un efecto de conversin fotovoltaica en todos los
semiconductores; aunque los semiconductores ms aptos para la conversin de luz solar
1 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7e/Bandas_de_energa_en_cristales.png
10
son los ms sensibles, es decir, aquellos que dan el mayor producto de corriente-voltaje
para luz visible (la mayor cantidad de energa transmitida por los rayos solares est en las
partes visibles del espectro).
El silicio es el ms importante material semiconductor para la conversin
fotovoltaica de energa solar. En su forma cristalina pura, este material presenta pocas
cargas libres en su interior y una resistividad alta. Mediante un proceso llamado difusin se
puede introducir pequeas cantidades de otros elementos qumicos, que permiten decrecer
el valor inicial de resistividad y crear simultneamente una regin tipo p y una regin tipo
n, de modo de que se produce una unin p-n.
Un tomo del silicio tiene 4 electrones de valencia, que enlazan a los tomos
adyacentes. Substituyendo un tomo del silicio por un tomo que tenga 3 o 5 electrones de
la valencia producir un espacio sin un electrn (un agujero), o un electrn extra que pueda
moverse ms libremente que los otros. La creacin de agujeros, es alcanzada mediante la
incorporacin en el silicio de tomos con 3 electrones de valencia, generalmente se utiliza
boro. La creacin de electrones adicionales es alcanzada incorporando un tomo con 5
electrones de valencia, generalmente fsforo. Este proceso de dopado puede visualizarse en
la figura 2.2.
11
Figura 2.2 Dopado del silicio2
En la figura 2.3, se observa un diagrama de la forma en que se construyen
generalmente las celdas solares.
Figura 2.3 Construccin de la celda solar fotovoltaica3
2 http://www.textoscientificos.com/imagenes/solar/efecto-fotoelectrico.gif
3 http://www.epsea.org/esp/pdf2/Capit03.pdf
12
Se observa que los principales componentes de la celda FV son las capas adyacentes
de materiales semiconductores tipo P y tipo N que se unen en una zona denominada
juntura.
Las cargas mayoritarias en cada semiconductor (electrones de un lado y hoyos del
otro) no permanecen inmviles al realizar la juntura, sino que se desplazan hacia la zona
adyacente, donde la concentracin es baja. Este desplazamiento de cargas acumula cargas
positivas en la zona N y negativas en la zona P, creando una diferencia de potencial en la
juntura, la que establece a su vez un campo elctrico en esta zona. El proceso migratorio de
las cargas contina hasta que se alcanza un estado de equilibrio, tal como se muestra en la
figura 2.4.
Cuando la luz solar que incide sobre la zona adyacente a la juntura tiene el espectro
y nivel de energa requerido por el material, las cargas elctricas creadas por la luz
mediante el efecto fotoconductor4 sern separadas por la por la barrera en cargas positivas
en un lado y cargas negativas en el otro, creando una diferencia de potencial entre ambas.
Este voltaje es capaz de conducir una corriente a travs de un circuito externo de modo que
permite producir trabajo til.
4 En el efecto fotoconductor, los fotones de la luz incidente generan cargas elctricas libres. Esto se produce
por la fotoionizacin interna de los tomos o iones que constituyen el cristal del semiconductor [3].
13
Figura 2.4 Juntura N-P en equilibrio5
El voltaje generado en la juntura depende del semiconductor empleado. Para las
clulas de silicio este valor es de alrededor de 0,5 V. Como en la unin p-n se genera un
campo elctrico fijo, el voltaje de una celda FV es de corriente continua. La potencia
elctrica generada por la celda FV en un determinado instante, est dado por los valores
instantneos del voltaje y la corriente de salida. El valor de la corriente depender del valor
de la carga, la irradiacin solar, la superficie de la celda y el valor de su resistencia interna.
La superficie del material semiconductor expuesta a la luz tiende a reflejar hasta el
30% de la luz incidente, lo que reduce la eficiencia de conversin de la celda. Para
disminuir esta reflectancia, sobre la superficie de la celda se coloca una pelcula de material
antireflectante.
5 http://revistaurbanismo.uchile.cl/AlasbimnImages/ru12-roldan-fig001.jpg
14
2.1.2 Tipos de celdas solares FV
Las celdas solares de silicio se elaboran utilizando planchas monocristalinas,
planchas policristalinas o lminas delgadas. Se unen capas de silicio tipo p y silicio tipo n, a
travs de una capa de barrera, que es esencial para el efecto fotovoltaico.
Las planchas monocristalinas se cortan de un lingote monocristalino que se
desarrolla a aproximadamente 1400C, lo que resulta en un proceso muy costoso. El silicio
debe ser de una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina casi perfecta.
Las planchas policristalinas se realizan por un proceso de moldeo en el cual el
silicio fundido es vertido en un molde y se lo deja asentar. Entonces se rebana en planchas.
Como las planchas policristalinas son hechas por moldeo implican menores costos de
produccin, pero no son tan eficientes como las celdas monocristalinas. El rendimiento ms
bajo se debe a las imperfecciones en la estructura cristalina, resultado del proceso de
moldeo.
El otro tipo corresponde a las clulas amorfas. Como su nombre lo indica, estas
clulas no poseen una estructura cristalina. Precisamente esa simplificacin en la estructura
conduce a un abaratamiento drstico de las mismas.
Es un hecho que cuando ms se aleja la tcnica de fabricacin de una clula FV de
la estructura cristalina pura, ms defectos estructurales aparecern en la sustancia
15
semiconductora, los que aumentan la cantidad de cargas libres que son atrapadas,
disminuyendo la eficiencia de conversin.
Otro tipo de celda existente en el mercado considera el hecho de que en el
semiconductor empleado en la construccin de la misma, se generan cargas libres a partir
de solo una parte del espectro luminoso (aquella cuya frecuencia y energa es igual o mayor
a la energa de funcin de trabajo 6 del material de la celda). Es por esto que algunas celdas
solares se disean con multijunturas. Es decir, un conjunto de celdas individuales de
distintos materiales, con una sola juntura, que se apilan de forma que la primera celda
captura los fotones de alta energa y deja pasar el resto, para que sean absorbidos por las
dems clulas que requieren niveles de energa ms bajos. Esto permite aumentar la
eficiencia de conversin pero aumenta los costos de produccin.
2.1.3 Paneles solares FV
2.1.3.1 Aspectos Generales:
Los mdulos o paneles solares fotovoltaicos estn conformados por un grupo de
celdas solares interconectadas entre s y protegidas contra la intemperie, impactos y
corrosin. En la figura 2.5 se muestra el aspecto fsico de un grupo de paneles solares y sus
partes principales.
6 La funcin de trabajo es la energa necesaria para desprender al electrn de su tomo padre en un material
especfico.
16
Figura 2.4 Paneles solares y sus principales componentes7
Como se observa, el conjunto de clulas est cubierto por elementos que le
confieren proteccin frente a los agentes externos y rigidez para acoplarse a las estructuras
que los soportan. Los principales elementos que lo conforman son los siguientes:
- Encapsulante: Material que protege las celdas dentro del panel, debe presentar un
ndice elevado de transmisin de la radiacin y baja degradacin por efecto de los rayos
solares.
- Cubierta exterior de vidrio templado: Permite que el panel resista condiciones
climatolgicas adversas y maximiza la transmisin luminosa, debe soportar cambios
bruscos de temperatura.
- Cubierta posterior: Constituida normalmente por varias capas opacas que reflejan
la luz que ha pasado entre las clulas, haciendo que vuelva a incidir otra vez sobre stas.
7 http://sanviatordigital.iespana.es/enkarterriak/imagenes/PanelesSolares.jpg & SAECSA Energa Solar
17
- Marco de metal: Se construye generalmente de aluminio lo que asegura rigidez y
estanqueidad al conjunto. En el se encuentran mecanismos que permiten el montaje del
panel sobre la estructura de soporte.
- Caja de terminales: Incorpora los bornes para la conexin del mdulo.
- Diodo de proteccin: Impide daos por sombras parciales en la superficie del
panel.
El voltaje de los paneles depende del nmero de celdas solares que se conecten en
serie y de la estructura cristalina del semiconductor usado. Los voltajes nominales son en
general 12 o 24 Vdc. La vida til de un panel solar fotovoltaico se considera que es entre
25-30 aos y la eficiencia de dichos mdulos se encuentra generalmente entre 9 y 15%.
La potencia nominal de los mdulos indica la cantidad de energa que genera bajo
condiciones nominales. Es decir, un modulo de 80 W de potencia nominal produce 80 Wh
si durante una hora recibe la cantidad de radiacin para la que fue diseado. De forma que
la potencia generada por el panel puede ser menor que la potencia nominal para
condiciones de poca radiacin solar.
El valor de corriente y voltaje necesarios apara una aplicacin especfica se obtiene
conectando paneles en paralelo o en serie.
18
El mtodo de fabricacin de las celdas solares determina, en gran parte, la forma
geomtrica de las mismas. Las primeras versiones eran redondas, versiones ms recientes
tienen forma cuadrada, o casi cuadrada, donde las esquinas tienen vrtices a 45. La forma
cuadrada permite un mayor compactado de las mismas dentro del panel FV, disminuyendo
la superficie que se necesita para colocar un determinado nmero de clulas.
En la tabla 2.1 se muestran los valores de eficiencia y los costos promedio de los
tres tipos principales de paneles fotovoltaicos que se encuentran en el mercado.
Tabla 2.1 Eficiencia y costo de los paneles solares FV8
Eficiencia (%)
Tipo de panel
Mxima Comercial
Costo (/W)
Monocristalino 25 16 8 Policristalino 20 14 7
Amorfo 13 8 6
2.1.3.2 Orientacin de los Mdulos FV:
Los mdulos fotovoltaicos se colocan generalmente sobre los tejados o en patios.
Un aspecto fundamental es cerciorarse de que ningn objeto proyecte su sombra sobre el
los mdulos, al menos en las horas centrales del da.
La orientacin de los mdulos se define a partir de dos ngulos principales [14]:
8 http://www.sitiosolar.com/paneles%20fotovoltaicas.htm, Referencia [13]
19
ngulo azimutal de la superficie (): ngulo entre la proyeccin de la normal
a la superficie en el punto horizontal y la direccin sur-norte (para
localizaciones en el hemisferio norte) o norte-sur (para localizaciones en el
hemisferio sur).
Inclinacin (): ngulo entre el plano de la superficie a considerar y la
horizontal.
La mxima captacin en los colectores solares con estructura y orientacin fija, se
logra colocando los mdulo dirigidos hacia el Sur en el caso de una regin en el hemisferio
Norte, y hacia el Norte en el caso de ubicaciones en el hemisferio Sur ( = 0). Esta
configuracin permite balancear las posibilidades de captacin entre la maana y la tarde si
se suponen caractersticas similares de irradiacin. Aunque una variacin de hasta 30 en el
azimutal puede provocar variaciones mnimas de alrededor de 1%. Con dicha orientacin (
= 0), la mxima captacin en promedio anual se obtiene inclinando los paneles un ngulo
igual a la latitud de la regin en que se instalan. Las variaciones en la inclinacin de 15
respecto al ngulo ptimo produce una reduccin aproximada del 2,5% en la capacidad de
captacin del panel.
Si se desea maximizar la captacin de energa en las maanas, el panel deber
orientarse al Este ( 75) con una inclinacin mayor de la acostumbrada (mayor que la
20
latitud). En lugares en que existe asimetra de radiacin solar en las maanas y en las
tardes, por ejemplo por el aumento de nubosidad en las tardes, provocan que el mximo de
captacin, no se logre con azimutal = 0, sino con una orientacin ligeramente hacia es
Este.
En cualquier caso es recomendable una inclinacin mayor de 10, para que el agua
de lluvia pueda circular adecuadamente sobre el panel. Si se asumen algunas prdidas, en
muchos casos pequeas, se tiene un abanico ms amplio de posibilidades de orientacin, lo
que puede facilitar la instalacin y mantenimiento de los mdulos. Pero siempre debe
buscarse que la orientacin sea lo ms cercana a la orientacin que maximiza la captacin
anual ( = 0, = latitud > 10).
21
2.2 Diseo de un sistema fotovoltaico autnomo9
Se describen a continuacin los principales componentes de un sistema fotovoltaico
autnomo, sus funciones, as como las principales especificaciones que se deben tener en
cuenta para realizar la escogencia de componentes que permitan un funcionamiento
eficiente y confiable de dicho sistema.
2.2.1 Generador fotovoltaico:
2.2.1.1 Aspectos Generales
Se compone de uno o ms mdulos fotovoltaicos interconectados para conformar
una unidad generadora de corriente continua.
Los mdulos FV debern, preferiblemente estar certificados de acuerdo con la
norma internacional IEC-61215, o con la norma nacional utilizada en el pas de inters.
Los fallos que se presentan generalmente en sistemas FV no se asocian al
generador, sino a los otros componentes del sistema (bateras, regulador, etc.). Por lo que se
considera que este es uno de los componentes de ms alta fiabilidad.
En algunos mdulos, los fabricantes incluyen diodos de paso para protegerlos contra
el fenmeno de punto caliente. La probabilidad de que un mdulo FV sea daado por
este fenmeno es despreciable en sistemas CC de menos de 24V, por lo que el uso de tales
diodos es irrelevante en esos casos.
9 Una gran cantidad de la informacin recopilada en esta seccin, as como las tablas y las especificaciones
que se consideran para los diversos componentes se obtuvieron del documento: Universal Technical Standard for Solar Home Systems, Thermie B SUP 995-96, EC-DGXVII, 1998.
22
Es preferible la instalacin de los mdulos FV sobre pedestales o paredes, que
hacerlo sobre los tejados. Los montajes sobre pedestal o sobre pared generalmente permiten
ms fcil acceso a los mdulos, sin poner en riesgo la estanqueidad del techo, y este tipo de
instalacin puede representar un grado de libertad adicional cuando se buscan
localizaciones sin sombras para el generador fotovoltaico. Los montajes sobre tejados a
veces permiten reducir costos y, por lo tanto, tambin pueden ser aceptados, a condicin de
dejar un espacio entre el techo y los mdulos para que circule aire.
Los mdulos fotovoltaicos con el mismo voltaje nominal pueden conectarse en
paralelo sin ninguna restriccin, por lo tanto cuando se agranda un generador fotovoltaico
slo es necesario verificar la seccin de los cables y la capacidad del regulador para
manejar el nuevo valor de la corriente mxima.
2.2.1.2 Dimensionado de los Paneles [18]
El tamao del generador fotovoltaico debe asegurar que la energa producida
durante el peor mes pueda, como mnimo, igualar a la demandada por la carga. Por lo que
para dimensionar tanto los mdulos como las bateras de un sistema FV autnomo, es
necesario conocer las cargas a conectar (televisores, radios, etc.), la potencia nominal de
cada una (P), el nmero de aparatos de determinado tipo (n) y las horas diarias de
funcionamiento (t). El consumo diario (Cd), medido en Wh/da, para cada tipo de carga se
calcula entonces de la siguiente forma.
tnPCd **= (1)
23
Para sistemas FV domsticos, en que el generador se coloca en cerca de la vivienda,
se calculan por aparte las cargas en CC y en CA, ya que solo las de CA se conectan al
inversor. En el caso en estudio, en que se pretende alimentar varias viviendas a partir de
una central FV, se considera que toda la energa producida deber convertirse en corriente
alterna en el inversor para ser luego transmitida a las viviendas.
La suma de los consumos diarios de todas las cargas, calculados a partir de la
ecuacin (1), constituye el consumo energtico terico Et en Wh. A parir de este valor debe
calcularse el consumo energtico real, E (Wh), que considera los diversos factores de
prdida en la instalacin FV de acuerdo con la siguiente ecuacin
REE t /= (2)
Donde el parmetro R es el rendimiento global de la instalacin fotovoltaica
definido como
=
d
avcb P
NkkkkR *1*)1( (3)
Donde
kb: Coeficiente de prdidas debidas al rendimiento del acumulador:
0,05 en sistemas que no se producen descargas intensas
0,1 en sistemas con descargas profundas
kc: Coeficiente de prdidas en el inversor:
0,005 para inversores de salida senoidal pura, en condiciones ptimas.
0,1 para condiciones de trabajo lejos de las ptimas
24
kv: Coeficiente de prdidas varias (transmisin, efecto Joule, etc.)
El intervalo de valores de este parmetro que se toma como referencia es
0,05 < kv < 0,15
ka: Coeficiente de autodescarga diaria de las bateras, los valores tpicos son
0,002 para bateras de baja autodescarga (Ni-Cd)
0,005 para bateras estacionarias de plomo cido (las ms usuales)
0,012 para bateras de alta autodescarga (SLI)
N: Das de autonoma de la instalacin10
4-10 das como valores de referencia
Pd: Profundidad de descarga diaria de la batera:
No deber exceder el 80% de la capacidad nominal del acumulador11
Ahora, es necesario conocer la radiacin solar diaria (H), medida en KWh/m2/da
para cada mes del ao en funcin de la localizacin geogrfica e inclinacin de los paneles
y en base a datos estadsticos histricos de la zona.
Un concepto importante necesario para realizar el dimensionamiento de la cantidad
de paneles necesarios en la instalacin es el nmero de horas pico solares, HPS, que se
10 Das continuos en que la instalacin deber operar bajo una irradiacin mnima (das nublados). Se
consume una cantidad de energa mayor que la generada por el sistema FV. 11
La eficiencia del acumulador decrece en gran medida con ciclos profundos de carga y descarga (vase la seccin 2.2.3.3).
25
refiere al nmero de horas diarias de luz solar equivalentes referidas a una irradiancia
constante I=1kWh/m2, a la cual se mide siempre la potencia de los paneles. Este un mtodo
para estandarizar la curva diaria de irradiancia solar, tal como se muestra en la figura 2.5.
El rea del rectngulo, definida a partir de las horas pico solares, es igual al rea bajo la
curva horaria de irradiancia real.
Figura 2.5 Definicin de las horas pico solares12
La irradiacin H (kWh/m2), es igual al producto de la irradiancia de referencia, I, y
las horas pico solares, HPS. Como I=1kWh/m2, se tiene entonces que los valores numricos
de la irradiacin y las horas pico solares son iguales.
[ ]hHPSm
kWIm
kWhH *22
=
(4)
La cantidad de energa producida por un panel a lo largo de todo el da, es
equivalente a la energa que se producira en las horas de pico solar si el panel opera a su
potencia mxima o nominal (Wp). Dicha potencia es el principal parmetro que describe el
12 http://www.torres-refrigeracion.com/pdf/art_fot_014.pdf
26
funcionamiento del panel y la especificacin ms importante en el dimensionamiento del
generador FV.
El nmero de paneles necesario (Np) se calcula empleando el nmero de horas pico
solares del peor mes del ao y la potencia pico del panel escogido:
HPSWpEN p
**9.0= (5)
2.2.1.3 Prdidas
Las principales prdidas que pueden generarse en el generador fotovoltaico son
debidas a sombras, temperatura de las celdas superior a los 25C, elementos desparejos,
prdidas en cables, o diferencias significativas entre el voltaje de operacin y el del punto
de mxima potencia.
Estas prdidas pueden compensarse inicialmente mediante una instalacin
cuidadosa, que permita una adecuada ventilacin de los mdulos y cables. Debe buscarse
adems, que las caractersticas elctricas de los mdulos empleados permitan una adecuada
recarga de las bateras en las condiciones climticas particulares del lugar en que se
instalan.
Con el fin de disminuir las prdidas, deben considerarse los siguientes
requerimientos:
El generador fotovoltaico debe estar totalmente libre de sombras durante por
lo menos 8 horas diarias, centradas al medioda, y a lo largo de todo el ao.
27
El voltaje del punto de mxima potencia del generador fotovoltaico, a una
temperatura ambiente igual a la mxima anual del lugar y a una irradiancia
de 800 W/m2, debe estar comprendido en el rango de 14,5 a 15 V.
Este ltimo requisito, asegura que la corriente del generador FV sea mayor que la
corriente en el punto de mxima potencia la mayor parte del tiempo; siempre que se
cumplan los requisitos sobre las cadas de tensin en los cables y en el regulador de carga.
Si el rango de voltajes de operacin del generador se encuentra generalmente por debajo de
estos lmites, es posible que las bateras no se recarguen adecuadamente.
2.2.2 Estructura de soporte mecnica para el generador.
Pueden emplearse diversos materiales para tales estructuras: aluminio, acero inoxidable, hierro galvanizado o madera tratada, entre otros.
La estructura de soporte debe ser capaz de resistir un mnimo de 10 aos expuesta a la intemperie, sin que la corrosin o fatiga del material sea apreciable. Debe tambin soportar vientos de altas velocidades (120 km/h).
Los mdulos fotovoltaicos con marco deben fijarse a la estructura nicamente mediante elementos de acero inoxidable.
Las estructuras de soporte estticas son generalmente preferibles a las de seguimiento.
El diseo de la estructuras de soporte debe facilitar la limpieza de los mdulos fotovoltaicos y la inspeccin de las cajas de conexin.
El montaje de dichas estructuras debe preservar su resistencia a la fatiga, corrosin y efectos del viento.
28
2.2.3 Sistema de almacenamiento:
2.2.3.1 Aspectos generales
El sistema de almacenamiento en un sistema fotovoltaico est formado por un
conjunto de bateras, generalmente de plomo-cido, que almacenan la energa elctrica
generada durante las horas de radiacin, para su utilizacin posterior en los momentos de
baja o nula insolacin.
Una de las caractersticas ms importante de un batera en una instalacin
fotovoltaica es el ciclado. El ciclado diario se refiere a que la batera se carga en el da y se
descarga en la noche. Superpuesto a este ciclo diario est el ciclo estacional que se asocia a
periodos de reducida incidencia de radiacin. Estos ciclos conjuntamente con otros
parmetros de operacin como temperatura ambiente, corriente, etc.; inciden sobre la vida
til de la batera y sus requisitos mantenimiento.
Para alargar la vida de las bateras deben evitarse las siguientes situaciones:
Elevados voltajes de carga, que elevan la corrosin y prdida de agua.
Bajos voltajes en descarga.
Descargas profundas
Largos periodos sin recarga total.
29
Elevadas temperaturas, que aceleran los procesos de envejecimiento.
Estratificacin del electrolito.
Bajas corrientes de carga.
Estas recomendaciones conducen a especificaciones para el dimensionamiento tanto
de las bateras como del generador FV y el regulador de carga. Algunas de estas
recomendaciones son contradictorias, por lo que deben buscarse soluciones de compromiso
que tomen en consideracin las condiciones locales, como los niveles de radiacin solar,
precios e impuestos de las bateras y paneles FV, equipos de fabricacin local, etc.
Los principales parmetros que definen el funcionamiento de una batera en un
sistema FV son:
El mximo valor de corriente que puede entregar a una carga fija, en forma
continua, durante un nmero especfico de horas de descarga.
Capacidad de almacenamiento de energa.
Profundidad de descarga mxima
La vida til.
Con la finalidad de poder comparar distintos tipos de bateras, la prueba que
determina la corriente de descarga mxima se ha estandarizado en la industria.
30
La corriente mxima corresponde al valor de corriente que permite una descarga
continua de 20 horas, al cabo de la cual la energa remanente representa el 20% de la
potencia mxima inicial.
Debido a que los parmetros utilizados en la prueba son corriente y tiempo, la
capacidad de la batera se define en Ampere-horas (Ah). A partir de este valor puede
determinarse la corriente mxima para un determinado rgimen de descarga.
Debido a la necesidad de evitar descargas excesivas, debe limitarse la mxima
profundidad de descarga (PDmax) a un valor especfico, generalmente est entre 0,3 y 0,6
de la capacidad nominal. Al alcanzar este lmite debe interrumpirse el suministro de energa
a las cargas. La capacidad disponible Cu, es menor que la capacidad nominal Cb (carga
total que podra extraerse de la batera). Y se tiene que
max* PdCC bu = (6)
La profundidad de descarga de la batera en un ciclo diario se denomina PDd.
2.2.3.2 Tipos de bateras
SLI:
Las bateras para automviles, referidas como SLI (Starting, Lighting, Ignition),
presentan algunas otras ventajas. Son las bateras ms baratas cuando se las compara en
trminos de capacidad nominal, generalmente se producen localmente y estn ampliamente
disponibles en todos los mercados. La produccin local presenta ventajas por razones
31
econmicas y sociales, y adems porque representa la posibilidad para el reciclado de las
bateras usadas, lo que evita problemas ambientales. El principal inconveniente de esta
batera es su relativamente corta vida. Debido a que el diseo de los vasos se optimiza para
entregar altas corrientes durante perodos cortos de tiempo, ya que necesita asegurar el
arranque del vehculo cuando la temperatura ambiente es baja (disminuye la actividad
qumica), tienen grandes reas y placas delgadas, y estn poco adaptados para suministrar
corrientes bajas durante largos perodos de tiempo antes de recargarlos de nuevo, como se
requiere en los sistemas de generacin FV. Este tipo de bateras debe entregar una corriente
pico cercana a los 1000 A durante un periodo de alrededor de tres segundos, pero tiene
asegurada una recarga inmediata que contina mientras el automvil permanezca
encendido, por lo que los regmenes de carga son totalmente distintos.
Por lo tanto, es necesario utilizar bateras de capacidad ms grande, PDd 0,1, y
densidad del electrolito menor a la que se utilizara normalmente (por ejemplo, 1,24 en
lugar de 1,28 g/cl). Esto es necesario para reducir la corrosin y prolongar as la vida de las
bateras. El aumento de resistencia interna de la batera, que se genera mediante estas
prcticas, no representa ningun problema en el funcionamiento del sistema FV, porque los
regmenes de carga y descarga son relativamente bajos en comparacin con los regmenes a
que se somete la batera generalmente. Las bateras SLI clsicas utilizan aleaciones de
plomo y antimonio en las rejillas, y requieren ser frecuentemente rellenadas con agua
destilada. Las celdas de las bateras solares tienen una mayor cantidad de material activo
por unidad de volumen para alargar la vida til de las mismas. Este incremento en la
32
cantidad de material activo explica el aumento en el costo de las bateras diseadas para uso
solar.
SLI modificada:
Existe un procedimiento mediante el cual se varas algunas caractersticas del diseo
de la batera SLI, permitiendo alargar la vida til de la misma sin alterar su funcionamiento.
Las modificaciones ms comunes son: introducir placas ms gruesas y una mayor cantidad
de electrolito en el espacio sobre las placas. Este tipo de bateras se conoce como SLI
modificada y se encuentran en los mercados a veces con el nombre de bateras solares. Este
tipo de batera representa una alternativa importante en el diseo de sistemas FV y su
empleo, siempre que sea posible, debe preferirse en lugar de bateras SLI convencionales.
SLI bajo mantenimiento:
Otro tipo de bateras SLI son las llamadas de bajo mantenimiento, comercializadas a
veces como bateras libres de mantenimiento, que emplean aleaciones de plomo y calcio en
las rejillas. El calcio aumenta el voltaje a que se inicia el gaseo, reduciendo la cantidad de
agua que consume la batera, pero reduce la cohesin del material activo de las placas y la
resistencia al ciclado de la batera. Este tipo de bateras son muy vulnerables a los daos
por descargas profundas, y estn sujetas a deterioro por variaciones en la temperatura. Por
estas razones muchos diseadores de sistemas fotovoltaicos recomiendan no utilizarlas en
aplicaciones FV en pases clidos.
VRLA:
Otra clase de bateras del tipo libres de mantenimiento, son las referidas como
VRLA (Valve Regulated Lead Acid) para aplicaciones profesionales utilizando electrolito
33
gelatinoso. En estas bateras los gases generados durante el ciclado pueden ser parcial o
totalmente recombinados, lo que permite que la caja de la batera sea hermtica lo que las
hace ms resistentes a las descargas profundas. El grado de recombinacin depende de la
actividad qumica en el electrolito (valor de corriente). Este tipo de bateras posee una
vlvula de seguridad que funciona como un cortocircuito externo en condiciones de
emergencia, de ah su nombre. El precio de este tipo de bateras es elevado en comparacin
con las SLI, pero en los ltimos aos ha aumentado su uso debido a las numerosas ventajas
que ofrece en sistemas FV, por lo que su disponibilidad en el mercado ha aumentado
notablemente.
AGM [19]:
La sigla inglesa AGM denota un tipo de construccin de bateras hermticas:
Aggregate Glass Mat, que significa conglomerado con alfombrilla vitrosa y electrolito.
La alfombrilla es un separador de placas hecho de una estructura fibrosa de silicio y boro de
apariencia vitrosa. El electrolito, reducido a una masa gelatinosa, forma parte del
conglomerado.
Este tipo de bateras usan electrolito de cido y agua, pero con un grado de
saturacin menor que el electrolito lquido. Algunas de sus caractersticas ventajosas son:
toleran ms abuso que las dems bateras hermticas, debido a que tienen un grado de
recombinacin de de los gases de carga algo superior al 99%; tienen una autodescarga
menor al 3% mensual; pueden recargarse al 100% an despus de ser descargada
completamente; dejan escapar solamente el 4% o menos del total de los gases de carga; no
34
requieren ningun mantenimiento; poseen mejor resistencia a temperaturas ambientales
bajas; y abaratan costos de envos, ya que se clasifican como sustancia no peligrosa.
Tubulares:
Son las bateras de mejor calidad para uso fotovoltaico, estn hechas con placas
tubulares y rejillas con bajo contenido de Sb-Se. Con este tipo de bateras pueden
alcanzarse vidas tiles de ms de ocho aos, con PDd = 0,2 y frecuencias de mantenimiento
entre 1 y 2 veces al ao. Una desventaja particular de las bateras tubulares en sistemas
fotovoltaicos, es que no aceptan fcilmente regmenes de carga muy bajos, adems, son
caras y no se asegura su disponibilidad en los mercados actuales de los pases en desarrollo.
El aumento en el uso de este tipo de bateras, al igual que en el caso de las VRLA, ha
resultado beneficioso para los programas de electrificacin rural a gran escala, ya que se ha
incentivado a los fabricantes para que expandan y diversifiquen el mercado de estos
productos.
Debido a estas numerosas ventajas, el costo de estas bateras es obviamente ms
elevado (dos o tres veces superior) que el de las bateras con electrolito lquido. Este tipo de
batera tambin requiere un mayor tiempo de carga.
NiCd [19]:
Las bateras de Nquel Cadmio de ciclo profundo tienen un costo de 6 a 8 veces
superior a las bateras de plomo cido con electrolito lquido, aunque su costo operacional a
35
largo plazo es hasta 5 veces menor al de una batera de plomo cido con la misma
capacidad.
Este tipo de bateras usan un diseo conocido como placas con bolsillos. Las
placas son de acero inoxidable con depresiones donde se coloca el material activo. El
electrolito que se usa en este caso es una solucin de agua con hidrxido de potasio con una
fina capa de aceite en la superficie superior, que evita la oxidacin por el oxgeno del
ambiente.
Entre las principales ventajas que ofrece esta clase de bateras estn: soportan sin
daarse cargas y descargas excesivas, y operacin con bajo estado de carga; mayor
eficiencia a altas y bajas temperaturas, y pueden operar con temperaturas variables y una
alta humedad en el ambiente, lo que las hace ptimas para climas tropicales; no presentan
sulfatacin de placas o congelacin del electrolito; la autodescarga, que inicialmente es
elevada, disminuye con el tiempo permitiendo prolongados periodos de almacenamiento; su
vida til puede ser hasta ms de dos veces mayor que la de una batera solar de plomo
cido de la misma capacidad.
Entre sus principales desventajas est la caracterstica de descarga, debido a que el
voltaje de la batera permanece prcticamente constante durante la descarga, hasta que cae
sbitamente cuando se agota su capacidad de almacenaje, por lo que no permite tener un
aviso previo. Para delimitar los lmites de carga de la batera se requiere un voltmetro de
gran exactitud, debido a que la diferencia de voltaje entre una batera cargada y descargada
es muy pequea. El bajo voltaje por celda requiere de la colocacin de un nmero mayor de
estas para lograr voltajes cercanos a los 12 V.
36
2.2.3.3 Dimensionamiento de las bateras
Los ensayos de ciclado para bateras, en condiciones representativas de su operacin
en sistemas FV, son lentos y difciles. Aunque se han realizados intentos de llevar a cabo
estos ensayos, no existen an procedimientos ampliamente aceptados y es probable que esta
situacin se mantenga en aos venideros. Debido a esto, la solucin ms prctica consiste
en confiar en normas existentes y bien establecidas para usos convencionales de las
bateras. Esto implica utilizar valores correspondientes a una descarga en 20 horas y el
nmero de ciclos correspondientes a una profundidad de descarga de 50.
La primera etapa en el dimensionado de las bateras, consiste en asegurar que la
produccin de energa exceder la demanda durante el peor mes. Para lograr esto, la
capacidad til de la batera (capacidad nominal multiplicada por la mxima profundidad de
descarga) debe permitir entre 3 y 5 das de autonoma (das que el sistema puede
suministrar energa en ausencia de radiacin solar usando solo las bateras).
La ecuacin (7) permite calcular la capacidad del banco de bateras C (kAh), a
partir del consumo energtico real E, calculado en la ecuacin (2); los das de autonoma N;
la tensin nominal del acumulador V (usualmente 12 V); y la profundidad de descarga
permitida Pd.
PdVNEC
*
*= (7)
37
Con este dato, puede calcularse el nmero de bateras que se requieren (Nb) en base
a la capacidad de la batera elegida (Qbat) en kWh.
batb C
CN = (8)
Una vez confirmado que la produccin de energa exceder la demanda durante el
peor mes y que el banco de bateras brinda los das de autonoma necesarios, el
dimensionado de la batera deber regirse por las siguientes reglas (se consideran
especificaciones para bateras tubulares y SLI como valores de referencia, de acuerdo con
la referencia [1]):
La mxima profundidad de descarga, PdMAX, (referida a la capacidad
nominal de la batera en 20-horas) no debe exceder los valores propuestos en
la tabla 2.2.
Tabla 2.2 Valores de descarga mxima porcentual permitida
Tipo de Batera PDmax (%) Obligatorio Recomendado
Tubular 80 70 SLI: -Clsica 50 30 -Modificada 60 40 -Bajo mantenimiento 30 20
La capacidad til de la batera, Cu, (la capacidad nominal en 20 horas, como
se defini anteriormente, multiplicada por la mxima profundidad de
descarga) deber permitir entre tres y cinco das de autonoma.
38
La capacidad til de la batera, Cu, debe tambin tomar en cuenta las
condiciones meteorolgicas locales. Cuanto ms grande sea la cantidad de
das nublados esperados, ms grande deber ser el valor de Cu.
Todos los valores de capacidad recomendados corresponden a descargas en 20
horas. Si se trabaja con otros regmenes de descarga, pueden emplearse las siguientes
relaciones empricas:
25.120
100=
CC
14.120
40=
CC
(9)
Una buena tecnologa de bateras puede ser desaprovechada porque en el campo no
puedan respetarse las instrucciones de carga inicial. Por lo tanto, deben hacerse las
previsiones necesarias para asegurar que la capacidad inicial de las bateras no est
significativamente por debajo de los valores nominales. Esto puede lograse con un proceso
apropiado de formacin durante la fabricacin de la batera, o mediante la realizacin de
cargas iniciales cuando la batera ya est instalada. Si se elige esta ltima alternativa, el
personal que instale las bateras debe tener los equipos necesarios para cargarlas, y estar
capacitado para controlar y realizar las cargas iniciales. Por lo que este tipo de solucin es
generalmente inapropiada en el caso de sistemas FV para electrificacin rural, debido a lo
remoto de las condiciones caractersticas de operacin.
A menudo las bateras se transportan sin electrolito, y se llenan hasta el momento de
su instalacin definitiva. Este procedimiento ofrece ventajas de seguridad durante el
39
transporte y evita la descarga durante el almacenaje, pero requiere generalmente de la
realizacin de cargas iniciales en el lugar de la instalacin, lo que, como ya se mencion,
no es una buena prctica en el caso de sistemas FV para electrificacin rural. Una buena
prctica es almacenar las bateras secas y llenarlas con el electrolito justo antes de enviarlas
a su destino final. Esto requiere que las bateras se transporten llenas, pero permite realizar
la carga inicial en el taller del instalador.
Cualquiera que sea el caso, deben hacerse las previsiones necesarias para asegurar
que la capacidad inicial de las bateras puestas en operacin no difiere en ms del 95 % del
valor nominal.
En lo referente a la resistencia de la batera, deben cumplirse las siguientes
especificaciones:
La vida de la batera (es decir, antes de que su capacidad residual caiga por debajo
del 80 % de su capacidad nominal) a 20C, debe exceder un cierto nmero de
ciclos, NOC, cuando se descarga hasta una profundidad del 50%. En la tabla 2.3 se
dan los valores de NOC para cada tipo de batera.
La autodescarga de la batera a 25C, no debe exceder el 6% de su capacidad
nominal en un mes.
40
Tabla 2.3 Numero de ciclos requeridos antes de una descarga del 50%
Tipo de Batera NOC Tubular 500 SLI: -Clsica 200 -Modificada 200 -Bajo mantenimiento 300
Finalmente, debe mencionarse que la batera deber colocarse en un lugar ventilado
y de acceso fcil pero restringido. Acceso fcil se refiere a que la limpieza de los terminales
de la batera, la verificacin del nivel de electrolito, el relleno de agua y el reemplazo de
fusibles debe poder realizarse sin mover las bateras. Adems por la posibilidad de
ocurrencia de accidentes si la batera o su contenedor se vuelcan o si se cortocircuitan
accidentalmente sus terminales, es necesario tomar las previsiones necesarias para evitar
tales situaciones.
2.2.4 Regulador de carga:
2.2.4.1 Aspectos generales
La funcin bsica de este dispositivo es prevenir descargas y sobrecargas de la
batera. Se emplea adems para proteger las cargas en condiciones extremas de operacin y
brindar informacin al usuario. La funcin de regulacin de carga idealmente debera
depender directamente del estado de carga en la batera. Actualmente existen dispositivos
que permiten realizar esta funcin, pero son complejos y su elevado costo limita su uso en
41
sistemas FV domsticos. Los reguladores que se emplean generalmente atienden el voltaje
de la batera.
En la mayora de los casos, el precio del regulador representa solamente el 5% de la
inversin inicial en el sistema FV. Pero su el costo que puede representar a largo plazo es
mucho mayor, debido a que las bateras pueden ser el componente de mayor coste a lo
largo de la vida til del sistema, y la duracin de estas dependen directamente de la calidad
del regulador del carga. Por esa razn deben emplearse reguladores de carga de buena
calidad y con una vida til superior a los 10 aos.
2.2.4.2 Lmites de carga
Para evitar descargas profundas en las bateras, el suministro de energa a las cargas
se interrumpe cuando el voltaje de la batera cae por debajo de un cierto lmite, llamado
voltaje de desconexin de carga. El suministro no debe reanudarse hasta que la batera
alcance otro lmite ms alto, conocido como voltaje de reconexin de carga. Las normas
existentes son bastante inconsistentes en lo referente a los valores recomendables de dichos
voltajes de umbral. Esto se debe a que el comportamiento elctrico de la batera depende
del diseo particular, del proceso de fabricacin y adems de la edad de la misma.
La seleccin del voltaje de desconexin representa un compromiso entre la
satisfaccin de los usuarios por la disponibilidad de energa, y la proteccin de las cargas,
bateras y otros componentes. La experiencia de campo revela que criterios sobre
protectores conducen a prcticas indeseables, como el puenteo de los terminales del
regulador. Por estas razones, resulta conveniente considerar el uso de algn indicador
42
(luces, alarma) que prevenga al usuario sobre el riesgo de desconexin, para que este pueda
regular su consumo y evitar la interrupcin del suministro elctrico.
Los voltajes de conexin y reconexin de carga deben adaptarse a cada tipo de
batera. No es posible establecer una relacin universal entre voltaje y estado de la carga en
la batera, porque estos varan dependiendo de las caractersticas de la misma. Aunque esta
idea de voltajes universales se ha empleado en numerosos programas de electrificacin
fotovoltaica, su uso no es recomendado. Teniendo en cuenta este factor de incertidumbre,
se tienen las siguientes especificaciones para la regulacin de carga:
Debe existir proteccin contra descargas profundas.
El valor del voltaje de desconexin de carga, debe corresponder al valor
mximo de la profundidad de descarga definido a partir de la tabla 2, en el
apartado anterior. Para una corriente, en amperes, igual al consumo diario,
en amperes-hora, dividido entre 5.
El voltaje de reconexin de carga debe ser 0,08 V/vaso ( 0,5 V para 12
V) superior al voltaje de desconexin de carga.
La inhibicin manual de la proteccin contra descargas profundas no est
permitida.
Deben incluirse elementos de sealizacin y alarma previos a la
desconexin.
43
El voltaje de alarma (estado de carga bajo) debe ser 0.2V (para sistemas
de 12V) superior a la tensin de desconexin del consumo.
Los voltajes de desconexin, reconexin y alarma deben tener una precisin
de 1% (20 mV/vaso, o 120 mV/batera de 12 V) y permanecer
constantes en todo el rango de posible variacin de la temperatura ambiente.
Es necesario tambin proteger las bateras contra sobrecargas, por lo que debe
limitarse la corriente de carga cuando el voltaje alcanza un cierto lmite, llamado voltaje
de fin de carga. Dicha corriente no debe restablecerse hasta que el voltaje caiga por debajo
de otro lmite, denominado voltaje de reposicin.
Existen bsicamente dos clases de reguladores de carga, la diferencia principal entre
ellos es la posicin del dispositivo de corte empleado para limitar la sobrecarga en la
batera. Los reguladores "serie" interrumpen la conexin entre el generador solar y la
batera, mientras que los reguladores "paralelo" (o "shunt") cortocircuitan al generador
solar.
Hay adems, dos tipos bsicos de estrategias de control. En los controladores on-
off" se interrumpe totalmente la corriente de carga cuando se alcanza el voltaje de fin de
carga. En los controladores con "modulacin del ancho de pulso" (o PWM), se recurre a
reducir gradualmente la corriente de carga cuando se alcanza el voltaje de fin de carga,
manteniendo as el voltaje constante, y precisamente igual a este valor.
44
Ambos tipos de reguladores y de estrategias de control son adecuadas para sistemas
FV, y no se producen diferencias significativas en la vida til de la batera por el empleo de
uno u otro de estos mtodos.
La seleccin de los voltajes de fin de carga y reposicin representa un compromiso
entre asegurar la carga completa de la batera y evitar la corrosin de las rejillas y el
excesivo consumo de agua.
Idealmente debera realizarse un ensayo de recarga en la batera, para determinar
concretamente la relacin entre el voltaje y la corriente de gaseo. Si dicho ensayo se realiza,
el voltaje de fin de carga deber corresponder a un factor de recarga entre 0.95 y 1, cuando
la carga se produce con una corriente de carga que corresponde a la corriente de
cortocircuito del panel fotovoltaico en condiciones estndar.
El valor del voltaje de fin de carga no es tan sensible al tipo de batera, como el
voltaje de desconexin de carga por lo que si no se dispone del ensayo de recarga, pueden
seguirse las siguientes recomendaciones generales:
El voltaje de fin de carga debe estar en el rango de 2,3 a 2,4 V/vaso, a
25C.
En los controladores on-off, el voltaje de reposicin debe estar en el rango
de 2,15 a 2,2 V/vaso, a 25C.
En el caso de reguladores PWM, el voltaje de fin de carga debe estar en el
rango de 2,3 a 2,35V/vaso, a 25.
45
Si se espera que las temperaturas ambientales en las cercanas del regulador
varen ms que 10C a lo largo del ao, se requiere un circuito de
compensacin de temperatura que realice una correcin de -4 a -5
mV/C/vaso.
El voltaje de fin de carga y el voltaje de reposicin deben tener una
precisin del 1% (20mV/vaso, o 120mV para 12 V batera).
Si se utilizan rels electromecnicos, la reposicin de la carga debe
retardarse entre 1 y 5 minutos.
En la figura 2.5 se observa un ejemplo de la evolucin del voltaje de operacin de
una batera con un regulador de carga asociado.
Figura 2.5: Variacin del voltaje en una batera con regulador de carga13
13 Confiabilidad de los Sistemas Fotovoltaicos Autnomos: Aplicacin a la Electrificacin Rural, ref.
46
Para evitar la descarga de la batera a travs del generador fotovoltaico durante la
noche, se emplea una proteccin contra el paso de corriente inversa. Esta descarga
normalmente no es severa, pero evitarla ayuda a mejorar el comportamiento energtico del
sistema. La proteccin contra corriente inversa es muy fcil de implementar tanto en
reguladores paralelo como en reguladores serie.
2.2.4.3 Cadas de tensin
Las cadas excesivas de voltaje (en el regulador de carga, cables, interruptores,
fusibles, etc.) tienen consecuencias negativas en el comportamiento de muchos sistemas
causando con frecuencia una disminucin de la capacidad efectiva de carga del generador
fotovoltaico.
Debido a que los reguladores de carga miden el voltaje de la batera en los
correspondientes terminales del propio regulador, tales cadas de tensin pueden reducir el
voltaje de carga de la batera, y afectar con ello a su correcto funcionamiento. Cadas de
tensin tan pequeas como 30 mV/vaso pueden tener efectos significativos sobre la
estimacin del estado de carga de la batera y, en ltimo extremo, sobre su tiempo de vida.
De forma anloga, cualquier cada excesiva de tensin en el circuito de consumo
reduce el voltaje disponible en las cargas y puede afectar negativamente a su
funcionamiento. Por estas razones, es necesario limitar las cadas de voltaje tanto en el
cableado como en el propio regulador.
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Las cadas internas de tensin del regulador, entre los terminales de la batera y los
del generador, deben ser inferiores al 4 % de la tensin nominal (0,5 V para 12 V), en las
peores condiciones de operacin (todas las cargas apagadas y mxima corriente procedente
del generador fotovoltaico). Entre los terminales de la batera y los del consumo, deben ser
inferiores al 4 % del voltaje nominal en las peores condiciones de operacin (todas las
cargas encendidas y sin corriente alguna procedente del generador fotovoltaico).
2.2.4.4 Condiciones de operacin
La situacin potencialmente ms peligrosa, tanto para el regulador de carga como
para las cargas, es la operacin sin bateras. Por lo que el regulador debe ser capaz de
operar sin batera, con el generador en condiciones estndar y bajo cualquier nivel de carga
permitida. Para proteger las cargas, el voltaje de salida del regulador en estas condiciones
no deber ser mayor que 1.3 veces el voltaje nominal.
Algunos reguladores no pueden operar con niveles bajos de tensin, por lo que
interrumpen el suministro de corriente a la batera. Para evitar esta situacin, el regulador
deber permitir la carga de la batera desde el generador para cualquier voltaje mayor que
1,5 V/vaso.
El regulador tambin debe ser capaz de manejar cmodamente una corriente de
carga equivalente a 1.25 veces la corriente de cortocircuito del generador fotovoltaico, y
una corriente de descarga de 1.25 veces la correspondiente a todas las cargas encendidas a
voltaje nominal.
48
El regulador requiere adems proteccin contra posibles daos provocados por
impactos mecnicos y por condiciones ambientales adversas. El grado de proteccin debe
guardar relacin con el tipo de instalacin de que se trate. IP 32 puede ser aceptable para
instalaciones interiores mientras que IP 54 debe ser siempre obligatoria para instalaciones
exteriores (normas IEC 529 o DIN 40050).
Algunos requisitos adicionales sugeridos para el regulador de carga son:
Debe estar protegido contra polaridad inversa tanto en la lnea del generador
como en la de la batera.
Se debe proteger contra sobretensiones por medio de un supresor de
sobrevoltajes de 1000 W o mayor, instalado entre ambos polos de la entrada
correspondiente al generador fotovoltaico y de la salida correspondiente a
las cargas.
No debe producir interferencias en las radiofrecuencias en ninguna
condicin de operacin.
El consumo energtico parsito diario del regulador en condiciones normales de
operacin no debe exceder el 3% del consumo diario considerado en el diseo.
49
2.2.4.5 Informacin y sealizacin
Los reguladores que muestran informacin sobre parmetros elctricos como
corriente de carga y tensin de la batera, se han empleado ampliamente en el pasado, pero
en la actualidad se considera que es to no es muy til. Preferiblemente deben emplearse
sealizaciones en los reguladores que permitan determinar el riesgo de desconexin por
baja disponibilidad de energa. Los principales estados que deben reconocerse y sealarse
son: la disponibilidad de energa debida una carga suficientemente elevada en la batera,
situacin de riesgo de desconexin por bajo nivel de carga, y desconexin de cargas debida
a un nivel de carga de la batera excesivamente bajo.
Todas estas seales pueden permanecer activas, siempre que se empleen LEDs de
muy bajo consumo. Aunque una mejor opcin es que las seales se activen con un
pulsador, esto ahorra energa y fomenta la participacin del usuario en el funcionamiento
del sistema.
Las seales del regulador se pueden consultar fcilmente solo si este se ubica en un
lugar accesible en una habitacin de uso frecuente. Aunque otras recomendaciones indican
que el regulador debe estar lo ms cerca posible de la batera (para evitar prdidas), y esta
debe colocarse en un lugar ventilado y de acceso restringido.
Este inconveniente puede resolverse construyendo el alojamiento exterior de la
batera contra una pared de la casa. Esta disposicin permite instalar el regulador de carga
en el interior de la casa mantenindolo muy cerca de la batera, con el simple recurso de
hacer que los cables atraviesen la pared.
50
Otro mtodo consiste en hacer que el regulador desconecte las cargas cuando la
carga en la batera alcanza un nivel de riesgo, y que la reconexin pueda realizarse de
forma manual. Esto permite alertar a los usuarios sobre el riesgo de desconexin sin que
tengan que estar mirando el indicador de estado de la carga.
2.2.5 Sistema de adaptacin de corriente (inversor)14:
2.2.5.1 Aspectos Generales
Su funcin es adecuar las caractersticas de la energa generada a las demandadas
por las aplicaciones de la instalacin. Un sistema de conmutacin electrnico, llamado
inversor, transforma la corriente continua de las bateras en corriente alterna.
Las principales caractersticas que deben considerarse para el dimensionamiento del
inversor son:
La tensin de entrada.
Mxima potencia que puede manejar.
Margen de sobrecarga permisible.
Potencia, tensin y forma de la onda de la salida
Frecuencia de trabajo y mximo error de frecuencia.
Eficiencia de transformacin (generalmente cercana al 85%) [17].
Junto a estos parmetros deben considerarse algunos otros prcticos como:
14 Referencia [19}
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Montaje Mecnico
Rango de temperatura ambiente de trabajo
Dimetro mximo permisible de los conectores de CC
Protecciones automticas
En sistemas fotovoltaicos aislados se emplean inversores de conmutacin forzada o
autoconmutados. Los primeros inversores, desaparecidos ya del mercado, generaban un
voltaje de salida en CA en forma de onda cuadrada, tal como se muestra en la figura 2.6.
Este tipo de onda presenta un alto contenido de armnicos que generaban problemas de
interferencia en equipos como radios y televisores, y resultaba imposible la alimentacin
de un ordenador u otros equipos electrnicos.
Figura 2.6 Tensin de salida de un inversor de onda cuadrada15
Un primer avance en el diseo de inversores, permiti generar una onda de salida
casi sinusoidal, conocida tambin como sinusoidal modificada. Esta de modulacin por
15 http://www.epsea.org/esp/pdf2/Capit11.pdf
52
anchura de pulsos (PWM), onda consiste en una serie de escalones de voltaje que tratan de
seguir las variaciones necesarias del voltaje CA de salida. La figura 2.7 muestra una onda
de salida de este tipo.
Figura 2.8 Tensin de salida de un inversor de onda sinusoidal modificada16
Los inversores modernos generan una onda de salida sinusoidal pura o casi pura con
bajo contenido de armnicos y con un mnimo error en la frecuencia, mediante un proceso
llamado modulacin por anchura de pulsos (PWM). Con los PWM pueden obtenerse
rendimientos de hasta 90% inclusive con bajos niveles de carga.
En el mercado se encuentran tambin los llamados inversores/cargadores, un equipo
que combina la funcin de inversor para transformar la energa de una fuente renovable de
energa con un cargador de bateras que funciona a partir de una fuente de CA, ya sea un
grupo electrgeno de respaldo o conexin a red.
16 http://www.epsea.org/esp/pdf2/Capit11.pdf
53
2.2.5.2 Consideraciones de diseo
Las hojas de datos de inversores generalmente brindan dos valores de potencia, uno
que corresponde a la potencia que el inversor puede suministrar en forma continua, y otro
valor que indica la mxima potencia que el aparato puede tolerar durante un lapso de
tiempo especfico.
El valor de potencia continua que puede suministrar el inversor puede tomarse como
vlido si no se sobrepasa la mxima temperatura ambiente especificada, se tiene el voltaje
requerido mnimo en la entrada de CC, y la carga que se conecta es resistiva o casi
resistiva. Si se conectan motores, balastos u otras cargas inductivas la onda de voltaje y
corriente se desfasan y cambia el factor de potencia, por lo que la potencia real que el
inversor puede manejar disminuye.
La eficiencia del inversor vara en funcin del nivel de carga. Dicha eficiencia es
mayor si el nivel de carga que se conecta se encuentra cerca del valor nominal para el que
fue diseado, y disminuye cuando opera con poca carga o sobrecarga.
Los inversores que suministran potencias elevadas poseen dispositivos de
seguridad que se encuentran en funcionamiento las 24 horas del da, por lo que existe un
consumo an cuando no se transfiere potencia a las cargas.
Algunos inversores implementan una funcin adicional que permite que se
desconecte la salida del mismo para dar paso a la de un generador CA de respaldo (de
gasolina o diesel), lo que permite utilizar los mismos terminales de CA sin tener que
realizar transferencia manual de los cables de un dispositivo a otro.
54
Para los equipos que generan onda sinusoidal modificada generalmente no se
especifica el contenido armnico y el error es de 4 ciclos a 60 Hz. En el caso de onda
sinusoidal pura el error en la frecuencia es generalmente 0.05 ciclos, alrededor de 60
veces menor. En este caso el contenido armnico se especifica como menor a 3%.
El dimensionamiento del inversor se realiza en base al pico mximo de potencia que
se estima en el consumo, pero esto depende de que los usuarios planeen el uso de la energa
para reducir lo ms posible el pico de energa. En general las personas que utilizan el
sistema no tienen idea alguna del consumo elctrico que utilizan o que van a necesitar, y es
probable que el consumo inicialmente moderado aumente con el tiempo. Es necesario
realizar un clculo certero de la distribucin del consumo de energa, ya que la potencia
pico que se toma como referencia en el diseo tiene mucha influencia sobre el costo inicial
del proyecto.
En el caso de un inversor/cargador, en sistemas con fuentes de respaldo (motores
diesel, grupos electrgenos), la nica restriccin importante que se impone sobre la
corriente de carga de las bateras es que esta deber ser inferior al 10% de la capacidad total
del banco de bateras.
2.2.6 Cableado:
Bajas tensiones y corrientes elevadas son caractersticos en sistemas FV, por lo
incluso cadas pequeas de tensin tienden a ser significativas y generan efectos negativos
55
sobre la corriente entregada por el generador fotovoltaico, la regulacin de carga de la
batera y la vida til de las lmparas fluorescentes.
Por estas razones, debe evitarse las cadas de tensin dimensionando adecuadamente
el cableado. Las secciones de los conductores deben ser tales que las cadas de tensin en
ellos sean menores al 5% entre el generador y el regulador, menores de 1% entre el
regulador y las bateras, e inferiores a 5% entre el regulador de carga y las cargas. Esto en
condiciones de mxima corriente. Estas cadas en los conductores, son independientes de
las cadas en regulador, mencionadas en el apartado anterior.
Los cables debern ser aptos para funcionar a la intemperie segn la norma IEC
60811, o la norma para cables relevante en el pas de inters.
Las terminales de los cables debern permitir una conexin mecnicamente fuerte,
segura y con baja cada de tensin.
Los cables deben asegurarse a las estructuras de soporte o a las paredes, para evitar
esfuerzos mecnicos sobre otros elementos de la instalacin elctrica (cajas de conexin,
balastos, interruptores, etc.).
En el caso en que se monten sobre una superficie, los cables deben graparse a las
paredes, a intervalos adecuados, para asegurar su posicin vertical y horizontal (no se
recomienda posicionarlos de forma oblicua). De no ser as, deben embutirse en las paredes
y recubrir se con yeso o un material similar.
Los cables deben mantenerse fuera del alcance de los nios.
56
Los fusibles para la proteccin de los cables se eligen de forma que la mxima
corriente de operacin est entre el 50 y 80% de la capacidad nominal del mismo. Los
fusibles se instalan preferiblemente en las lneas de polaridad positiva.
2.2.7 Dispositivos de proteccin.
Los sistemas FV domsticos generalmente operan con tensiones bajas (del rango de
12-24V). El factor que representa mayor peligro en estos casos es la batera, y
