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Un sistema fotovoltaico conectado a la red de 200kWp

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La Universidad de Jaén, consciente de la evolución ascendente de las instalaciones de
sistemas fotovoltaicos conectados a la red, junto al afán de identificar a la universidad con las fuentes de energías respetuosas con el medio ambiente e implicar a la comunidad universitaria en el desarrollo y uso de energías renovables, ha apostado por la energía
fotovoltáica conectada a la red. Esta apuesta se ha materializado con la instalación de 200
kWp conectados a la red, en lo que se conoce como Proyecto UNIVER (UNIversidad VERde).

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Un sistema fotovoltaico conectado a la red de 200kWp

  1. 1. 1 Enero 2006 / n.º 370 Automática e InstrumentaciónAPLICACIONES Proyecto Univer (UNIversidad VERde) Un sistema fotovoltaico conectado a la red de 200 kWp L a instalación de sistemas fo- tovoltaicos conectados a la red ha ido creciendo en los últimos años. Según el informe de la Agen- cia Internacional de la Energía (IEA- PVPS T1- 13:2004), en el que se re- cogen datos sobre la evolución del sector fotovoltaico, en Europa, en el periodo comprendido entre 1993 y 2003, las instalaciones conectadas a la red experimentaron un incremento del 30 al 78%. Según los datos apor- tados en el citado informe, en España estos diez años han supuesto la ins- talación de aproximadamente 9 MWp conectados a la red. Esta potencia su- pone apenas un 8% de lo que el IDAE recoge en el “Plan de fomento de las energías renovables”, donde se pre- tenden alcanzar hasta el año 2010 una potencia instalada de sistemas conectados a la red de 115 MWp. Estos datos confirman el creci- miento de la instalación de sistemas fotovoltaicos conectados a la red. La instalación de la Universidad de Jaén está provista de un sistema de telemonitorización para la medida de los parámetros característicos del sistema. El sistema de telemonitori- zación desarrollado realiza el trata- miento de los datos, convirtiéndose en herramienta de gran valor para el conocimiento, análisis y evaluación de los sistemas fotovoltaicos conecta- dos a la red. Los sistemas fotovoltaicos: breve descripción Los sistemas fotovoltaicos son aqué- llos que transforman la radiación so- lar en energía eléctrica. Su funcio- namiento se basa en el efecto fotoeléctrico, por el cual los fotones de luz son capaces de transmitir su energía a los electrones de un mate- rial semiconductor, provocando que éstos rompan sus enlaces y puedan moverse libremente, generando una corriente eléctrica. En cuanto a los componentes que forman los siste- mas fotovoltaicos, se puede adoptar la configuración típica de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red, en la que se tiene un generador foto- voltaico y un inversor que convierte la corriente continua proporcionada por los paneles en corriente alterna con las características de la red eléc- trica, así como los elementos de pro- tección y los de medida necesarios. Este tipo de sistemas fotovoltai- cos se conectan en paralelo con la La Universidad de Jaén, consciente de la evolución ascendente de las instalaciones de sistemas fotovoltaicos conectados a la red, junto al afán de identificar a la universidad con las fuentes de energías respetuosas con el medio ambiente e implicar a la comunidad universitaria en el desarrollo y uso de energías renovables, ha apostado por la energía fotovoltáica conectada a la red. Esta apuesta se ha materializado con la instalación de 200 kWp conectados a la red, en lo que se conoce como Proyecto UNIVER (UNIversidad VERde). I Generador del Aparcamiento 1 (izquierda) y Aparcamiento 2 (derecha).
  2. 2. empresa distribuidora para que la instalación cumpla con el Real De- creto 2818/1998, en el que se esta- blece que toda la energía generada por el sistema fotovoltaico se entre- ga a la red (se vende) y que el con- sumo total de la vivienda se extrai- ga (se compre) de la red. La instalación del proyecto Univer El proyecto Univer es una instala- ción fotovoltaica conectada a la red que se enmarca dentro del programa THERMIE (SE/00383/95/ES/UK) del cuarto programa de Investigación y Desarrollo Tecnológico (IDT) de la Unión Europea. Este proyecto ha es- tado liderado por la Universidad de Jaén, que ha actuado como promo- tor y coordinador, y en él han parti- cipado como socios las siguientes instituciones públicas: el Instituto de Energía Solar de la Universidad Po- litécnica de Madrid, el Newcastle Photovoltaic Aplications Centre de la Universidad de Northumbria (Rei- no Unido) y las empresas Isofotón y Solar Jiennense. Otras entidades colaboradoras son el Ministerio de Industria y Energía, la Junta de An- dalucía y la Compañía Sevillana de Electricidad (Endesa). El proyecto consta de cuatro sis- temas fotovoltaicos conectados a la red con una potencia total aproxi- mada de 200 kWp en condiciones es- tándar. Las características principa- les de estos sistemas son: • Sistema 1 “Aparcamiento 1”. Este sistema tiene un generador fo- tovoltaico con una potencia nominal próxima a los 70 kWp en condiciones estándar. Se encuentra integrado en el aparcamiento principal del Cam- pus, estando formado por 640 mó- dulos del tipo Isofoton I-106, los cua- les se conectan a la red eléctrica mediante un inversor de potencia nominal de 60 kW de la empresa Enertron modelo Acef-Solar. • Sistema 2 “Aparcamiento 2”. El Sistema 2 es prácticamente igual que el Sistema 1 y está situado en una cubierta paralela del aparcamiento. • Sistema 3 “Pérgola”. El Sis- tema 3 presenta una potencia total aproximada de 20 kWp en condicio- nes estándar y se encuentra inte- grado en una pérgola construida ex- presamente para este fin. El sistema se divide en nueve subgeneradores de 2.120 Wp, formados por 20 mó- dulos Isofotón I-106, conectados a inversores monofásicos de la em- presa Fronius modelo Maxi de 2 kW de potencia nominal. • Sistema 4 “Fachada”. El ge- nerador del Sistema 4 está instala- do en la fachada sureste de un edi- fico del campus universitario. Presenta una potencia total aproxi- mada de 40 kWp. Este sistema se di- vide en quince subsistemas de 2.700 Wp que se encuentran conectados a inversores monofásicos de 2 kW. Este Sistema 4 “Fachada” es similar al Sistema 3 “Pérgola”, aunque en este caso los módulos usados en el sistema son policristalinos, de la em- presa Shell. Monitorización de los sistemas fotovoltaicos conectados a red La monitorización ha sido realizada siguiendo las recomendaciones del Centro Común de Investigación de Europa2 (Europa Joint Research Centre) situado en Ispra, Italia, que se encarga de unificar los criterios de monitorización de sistemas fotovol- taicos, así como del análisis de los sis- temas que están subvencionados por la Unión Europea. En estas reco- mendaciones, se establece qué me- didas se deben hacer, cómo se han de tomar y con qué intervalo de tiempo se van a muestrear y almacenar los datos. El Centro Común de Investigación de Europa establece que los sistemas fotovoltaicos que tienen 5 kWp o más potencia deben ser monitorizados durante al menos 24 meses median- te un sistema analítico, y para los de menor potencia se puede usar un sistema de monitorización global. En la monitorización analítica es im- prescindible la instalación de un sis- tema de adquisición de datos auto- mático, que puede ser autónomo o bien basado en un ordenador, capaz de almacenar los datos monitoriza- dos. Para un sistema fotovoltaico co- nectado a la red, como es el caso que nos ocupa, los parámetros que se monitorizan son: la irradiancia para el plano del generador, la tempera- tura ambiente, la corriente y tensión del generador en el punto de máxi- ma potencia y, finalmente, la poten- cia a la salida del inversor. Éstos se- rán muestreados en intervalos de un minuto y almacenados cada hora, ha- ciendo la media de las medidas to- madas cada minuto, o bien se reali- zará el muestreo y almacenamiento en periodos de diez minutos. A partir de las recomendaciones anteriores, se ha desarrollado la Nor- ma Europea EN 61724 de agosto de 1998, que a su vez adopta la Norma Internacional CEI 61724:1998 y en 2 Automática e Instrumentación Enero 2006 / n.º 370APLICACIONES I Generador de la Pérgola (SFCR 3) y la Fachada (SFCR 4).
  3. 3. España, su correspondiente en la Norma UNE-_ EN 61724, con el título de: Monitorización de sistemas foto- voltaicos. Guías para la medida, el intercambio de datos y el análisis, y que describen las recomendaciones generales, ahora ya en forma de es- tándar. Monitorización del sistema Univer El sistema de adquisición de datos está basado en un equipo HP-34970A (datalogger) configurado para al- macenar muestras de los sensores cada 10 minutos. Los parámetros mo- nitorizados son la temperatura am- biente Tam (ºC), la irradiancia en el plano de cada generador GA (W/m2), la tensión VA (V), la corriente IA (A) de cada generador y la potencia a la salida de los inversores PIO (kW). Para medir estos valores se han utilizado sondas tipo Pt-100 como sensores de temperatura, células ca- libradas con las orientaciones de los distintos generadores como senso- res de radiación, shunt y sensores de efecto hall para la medida de co- rriente y medidores de potencia mo- nofásicos y trifásicos. La sonda encargada de medir la temperatura (Pt-100) y las células ca- libradas que miden la radiación se encuentran conectadas directamen- te al datalogger, mientras que los otros sensores necesitan de un acon- dicionamiento de la señal, por lo que lo hacen a través de convertidores de corriente de 4-20 mA. En la tabla adjunta se exponen to- dos los parámetros monitorizados junto con los intervalos de medida y los sensores empleados. El sistema de adquisición de datos dispone de su propio software, Agi- lent Benchlink Data Logger, que permite configurar la adquisición de los datos, así como la elección de di- ferentes opciones para la presenta- ción de los datos que se están moni- torizando. En la pantalla superior izquierda se recoge un ejemplo de la presentación que se puede obtener de algunos los parámetros monitori- zados. El software también ofrece la posibilidad de representar gráfica- mente los datos adquiridos en la pro- pia aplicación o archivar y exportar los datos para ser tratados con una hoja de cálculo. La telemonitorización del sistema Univer El sistema de telemonitorización de- sarrollado en la Universidad de Jaén se basa en un sistema de adquisición de datos comercial al que se le han conectado los sensores de medida (radiación, temperatura, tensiones, corrientes y potencias) y donde se re- gistran y almacenan los valores me- didos. Este sistema se enlaza a un or- denador que dispone de un software encargado de obtener los datos del 3 Enero 2006 / n.º 370 Automática e InstrumentaciónAPLICACIONES Parámetro monitorizado Unidades Rango Sensor Cs Sistema 1 Radiación aparcamiento W/m2 0...2000 Célula calibrada Tensión generador V dc 0...700 Directa * Corriente generador A dc 0...100 Shunt (200A-60mV) * Potencia salida KW ac 0...70 3 Transf. 100/5A * Sistema 2 Radiación aparcamiento W/m2 0...2000 Célula calibrada Tensión generador V dc 0...700 Directa * Corriente generador A dc 0...100 Shunt (200A-60mV) * Potencia salida KW ac 0...70 3 Transf. 100/5A * Sistema 3 Radiación pérgola W/m2 0...2000 Célula calibrada Tensión generador V dc 0...400 Directa Corriente generador A dc 0...15 Shunt (15A-60mV) Potencia salida W ac 0...3000 1 Transf. 15/5A * Sistema 4 Radiación fachada W/m2 0...2000 Célula calibrada Tensión generador V dc 0...400 Directa Corriente generador A dc 0...15 Shunt (15A-60mV) Potencia salida W ac 0...3000 1 Transf. 15/5A * * Usan un convertidor de señales para obtener a la salida un bucle de corriente 4-20 mA. I Aplicación de monitorización desarrollada en el Proyecto Univer. I Representación gráfica de los valores diarios.
  4. 4. datalogger, procesarlos y almace- narlos con el formato adecuado. Este ordenador está conectado a Inter- net y configurado como un servidor Web. El servidor Web consta de cuatro aplicaciones principales, cuyas ca- racterísticas se muestran a conti- nuación: • Un programa realizado en len- guaje Java que se encarga de confi- gurar, obtener y almacenar los datos del sistema de adquisición de datos, y dicha información en el formato adecuado. • Un programa que configura el ordenador como servidor HTTP cuyo cometido es proporcionar las páginas Web requeridas por el usuario que se conecta a él mediante cualquier na- vegador Web. • Diversos módulos desarrollados en PHP que permiten representar gráficamente los valores diarios y los valores medios mensuales y anuales. • Un módulo de supervisión que cal- cula los valores teóricos de voltaje, co- rriente, potencia y energía a partir de los valores reales medidos de tem- peratura y radiación mediante fór- mulas analíticas y técnicas de inteli- gencia artificial. La aplicación desarrollada ofrece de forma remota a distintos usuarios los valores instantáneos actualizados en tiempo real medidos en el sistema fotovoltaico, la visualización gráfica de la evolución temporal de los va- lores: diarios (medidos), diarios me- dios mensuales (promediados) y dia- rios medios anuales (promediados). De igual forma, en la gráfica que apa- rece en la página anterior también se aprecian los resultados del modelo te- órico del sistema. La aplicación también genera los fi- cheros diarios en los formatos es- tándar para la monitorización de este tipo de sistemas, permitiendo que sean descargados desde el servidor por aquellos usuarios que estén au- torizados. La aplicación de telemonitoriza- ción desarrollada presenta como ca- racterísticas más importantes las si- guientes: • Interfaz normalizado: El in- terfaz con el usuario es el navegador de Internet. Así, desde cualquier na- vegador es posible la visualización de los valores monitorizados y, por lo tanto, no es necesario disponer de una aplicación específica para poder acceder a la información. • Seguridad: El sistema presen- ta diferentes niveles de seguridad, desde aplicaciones sin autentifica- ción que permiten que cualquier usuario pueda disponer de la infor- mación monitorizada, hasta aplica- ciones con altos niveles de seguri- dad para restringir y proteger el uso de la información. • Información gráfica: Realiza el almacenamieto y la representación gráfica de los parámetros monitori- zados, así como de los valores cal- culados del rendimiento, energías y pérdidas. • Supervisión: Estima los valo- res teoricos de operación y los com- para con los monitorizados para de- tectar fallos de funcionamiento. A modo de resumen En la Universidad de Jaén se ha ins- talado una planta fotovoltaica co- nectada a la red de tamaño medio, en la que haciendo uso de diferen- tes estructuras se ha conseguido su integración en el conjunto de edifi- cios que forman el Campus Univer- sitario. Con la telemonitorización realiza- da de la instalación se ha obtenido una herramienta que permite eva- luar los parámetros característicos del sistema fotovoltaico y, además, fa- vorece un intercambio de datos para el conocimiento, análisis y evalua- ción entre diferentes sistemas foto- voltaicos conectados a la red. C. Rus, J. de la Casa, J. D. Aguilar, P. J. Pérez, M. Drif Grupo IDEA (Investigación y Desarrollo de Energía Solar y Automática) Universidad de Jaén 4 Automática e Instrumentación Enero 2006 / n.º 370APLICACIONES Referencias • E. Lorenzo. Electricidad Solar: Ingeniería de los sistemas foto- voltaicos. Editorial Progensa. 1994. • G. Blesser, D.Muro, Guidelines for Assessment of Photovoltaic Plants. Document A. Photovoltaic System Monitoring. Report EUR 16338 EN. 1995. • Informe especializado para el Plan de Fomento de las Energí- as Renovables. Área Solar Fotovoltaica. Asociación de la Industria Fo- tovoltaica (ASIF). • Las Energías Renovables en España. Balance y Perspectivas 2000. Edición’ 98. IDAE. Ministerio de Industria y Energía. • Trends in photovoltaic applications. Survey report of selected IEA countries between 1992 and 2003. Report IEA-PVPS T1-13:2004. • P. J. Perez, J. Aguilera, G. Almonacid, P. G.Vidal, J. E. Muñoz: Pro- ject UNIVER (UNIversidad VERde). 200kWp Grid Connected PV System at Jaen University Campus. Two Operation Years Result.”17th Munich, Germany European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. Ocubre, 2001. • J. C. Bago, P. J. Pérez, S. G.Galán, G. Almonacid, Arquitecturas de Telemonitorización de Sistemas Fotovoltaicos vía Internet. Aplica- ción a la Pérgola Fotovoltaica, IX Congreso Ibérico de Energía Solar, Córdoba. Marzo, 2000. • O. Perpiñán, J. Vega, I. Eyras, R. Eyras, Forum solar: A large PV pergola for forum 2004, 19th European photovoltaics solar energy conference, Paris, France. Junio, 2004. • P. J. Perez, J. De La Casa, J. Aguilera, C. Rus, J. Anguita, Experiences In Real-Time Intenet Telemonitoring And Diagnostics For Pv Sys- tems, 19th European photovoltaics solar energy conference, Paris, Fran- ce. Junio, 2004.

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