Día-2-DANIEL-RENDON.pdf

Curso de practicas eficientes y
seguras para el diseño e
instalación de sistemas
fotovoltaicos
M.Sc. Ing. Daniel Rendón

Desarrollo del curso – día 2
Objetivo: Calcular el dimensionamiento del sistema teniendo en cuenta el sitio
geográfico, la autonomía, el cuadro de carga y pérdidas del sistema.
DIMENSIONAMIENTO MANUAL DE SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS
• Introducción.
• Curvas I-V.
• Horas solar pico (HSP).
• Angulo de inclinación del arreglo FV.
• Dimensionamiento manual de sistemas GRID-TIE.
• Dimensionamiento manual de sistemas OFF-GRID.
• Sistemas de protección DC/AC.
• Selección de conductores.
• Lectura e interpretación de planos.
• Ejercicios prácticos.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN SISTEMA FV
• SISTEMA INTERCONECTADO A LA RED (GRID-TIE)

• SISTEMA INTERCONECTADO A LA RED (GRID-TIE) CON
MICROINVERSORES.
solartechnology.com.mx

• SISTEMA AISLADO (OFF-GRID)

• SISTEMA HIBRIDO.

DIFERENCIA ENTRE POTENCIA Y ENERGIA
• Potencia: Es la cantidad de trabajo por unidad de tiempo. kW, HP, etc.
• Energía: Es la capacidad de realizar un trabajo. kWh, Joules, etc.

• La potencia se da en términos instantáneos, no se puede acumular.
• La energía se da en términos de tiempo, se puede acumular.

• Una planta solar fotovoltaica tiene una potencia X (dada en
kWp) instalada. en términos instantáneos, no se puede
acumular.
• Dependiendo de las condiciones de radiación ésta planta
tendrá una producción diaria de energía eléctrica Y (dada
en kWh).

CURVAS I-V
Trina TSM-DD14A.
• Curva característica de un modulo solar fotovoltaico.

HORAS SOLAR PICO (HSP)
calculationsolar.com
𝟏 𝑯𝑺𝑷 =
1𝑘𝑊 𝑥 1ℎ
𝑚2
Unidad que mide la irradiación solar y se define como la energía por unidad de
superficie que se recibiría con una hipotética irradiancia solar constante de 1000
W/m2.
Áreas
equivalentes
La HSP va
directamente
relacionado con
la capacidad que
nos va a generar
un panel solar al
día.

MAPAS DE RADIACIÓN
• Solargis: https://solargis.com/
• NSRDB Data viewer: https://maps.nrel.gov/nsrdb-viewer/
• Global Solar Atlas: https://globalsolaratlas.info/
• Atlas de radiación solar IDEAM:
http://atlas.ideam.gov.co/visorAtlasRadiacion.html
• Atlas solar Colombia – Grupo de investigación Enegeia EIA:
https://www.eia.edu.co/atlas-solar

ATLAS DE RADIACIÓN SOLAR DEL IDEAM

POSICIÓN DEL SOL
NABCEP
• Ángulo Azimut: Define la dirección de la proyección del sol en el eje horizontal.
• Ángulo Altitud: Define la elevación del sol sobre el horizonte.

DIAGRAMA DE POSICIÓN SOLAR
NABCEP
Representación grafica de la altitud del sol y ángulos azimut en un día dado del año
https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php?lang=es

VENTANA SOLAR
NABCEP
• Ventana Solar: Representa el rango de caminos solares para una latitud especifica entre
los solsticios de invierno y verano.
CUANDO SEA POSIBLE, LOS ARREGLOS FOTOVOLTAICOS DEBEN ORIENTARSE HACIA ÉSTA
VENTANA SOLAR PARA MAXIMIZAR LA GENERACIÓN DE ENERGIA.

DIRECCIÓN DEL ARREGLO FV
NABCEP
• Ángulo Azimut: Define la dirección de la superficie del arreglo relativa al sur .
• Ángulo de inclinación: Angulo que forma el arreglo con el plano horizontal.
EL ÁNGULO AZIMUT OPTIMO PARA LOS ARREGLOS ES HACIA EL SUR EN EL
HEMISFERIO NORTE Y HACIA EL NORTE EN EL HEMISFERIO SUR.

INCLINACIÓN DEL ARREGLO FV
NABCEP
UN ARREGLO DIRECCIONADO HACIA EL SUR RECIBE LA MÁXIMA ENERGÍA SOLAR ANUAL
CON UN ÁNGULO DE INCLINACIÓN UN POCO MENOR A LA LATITUD LOCAL.

GRID-TIE.
1. Identificación del tipo de usuario (residencial, comercial, Industrial).
2. Recopilación básica de información.
3. Determinación del porcentaje de cobertura solar y energía diaria a
generar.
4. Determinación de las condiciones de radiación solar del sitio.
5. Dimensionamiento de la potencia solar requerida.
6. Determinación del inversor a utilizar.
7. Determinación del arreglo solar fotovoltaico.
8. Verificación de espacio disponible sobre techo.
9. Cálculo de generación de energía y ahorro de CO2.

GRID-TIE.
1. IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DE USUARIO

GRID-TIE.
2. RECOPILACIÓN BÁSICA DE INFORMACIÓN.
• Características básicas de la red eléctrica:
Se debe conocer las características de la red eléctrica donde se
interconectará el sistema.
Ésta información influirá en la selección del inversor a utilizar.

GRID-TIE.
• Consumos del usuario:
- A través de factura del servicio de energía eléctrica.
- A través de perfil de cargas/consumos del usuario.
Usuario con
consumo promedio
de 179 kWh/mes
Costo del kWh
COP $496,33

GRID-TIE.
• Consumos del usuario:
- A través de factura del servicio de energía eléctrica.
- A través de perfil de cargas/consumos del usuario.
Usuario con
consumo promedio
de 6,9 kWh/día
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
[kW]
[Horas del día]
Perfil de carga

GRID-TIE.
• Capacidad del transformador ligado a la instalación:
- Articulo 5, numeral a) resolución CREG 030 de 2018:
“La sumatoria de la potencia instalada de los GD o AGPE que entregan
energía a la red debe ser igual o menor al 15% de la capacidad nominal del
circuito, transformador o subestación donde se solicita el punto de
conexión.”
La potencia máxima
en AC que se puede
instalar seria de:
25x 15% = 3,75 kW

GRID-TIE.
CONSULTA DE DISPONIBILIDAD DE LA RED DE EPM:
https://maps.epm.com.co/ETER/Visor/Visor

GRID-TIE.
• Restricción de espacio para instalación de módulos solares
fotovoltaicos.

GRID-TIE.
3. DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE COBERTURA SOLAR
Y ENERGÍA DIARIA A GENERAR.

GRID-TIE.
4. DETERMINACIÓN DE LAS CONDICIONES DE RADIACIÓN SOLAR DEL SITIO.
Las unidades del mapa de
radiación solar del IDEAM
son:
𝒌𝑾𝒉/𝒎𝟐
/𝒅í𝒂

GRID-TIE.
5. DIMENSIONAMIENTO DE LA POTENCIA SOLAR REQUERIDA.
𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒌𝑾𝒑 =
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 [𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜]
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 [𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊
𝑝/𝑎ñ𝑜]
• Nota: Se deben tener en cuenta los factores de pérdidas del sistema en
el cálculo de la Producción solar especifica.
𝑷𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒄𝒊ó𝒏 𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊
𝑝/𝑎ñ𝑜 = 365 ∗ 𝐻𝑆𝑃

GRID-TIE.
6. DETERMINACIÓN DEL INVERSOR A UTILIZAR.
• A tener en cuenta:
- Potencia de entrada (DC) [kWp].
- Voltaje y corriente de entrada (DC).
- Potencia nominal de salida (AC).
- Voltaje, frecuencia y corriente de salida (AC)

GRID-TIE.
Ficha técnica Fronius GALVO

GRID-TIE.
- Potencia de entrada (DC) [kWp] del inversor.
- Voltaje y corriente máximas de entrada (DC) del inversor.
7. DETERMINACIÓN DEL ARREGLO SOLAR FOTOVOLTAICO.

GRID-TIE.
Ficha técnica Fronius GALVO

GRID-TIE.
8. VERIFICACIÓN DE ESPACIO DISPONIBLE SOBRE TECHO.
- Garantizar espacio para el arreglo solar en cubierta.
- Garantizar que las strings estén sobre el mismo plano.
- Evitar sombras sobre las strings.

GRID-TIE.
9. CÁLCULO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA Y AHORRO DE CO2.
𝑮𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒌𝑾𝒉/𝒂ñ𝒐
= 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊
𝑝/𝑎ñ𝑜 ∗ 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 [𝑘𝑊
𝑝]
• Factor de emisión de gases del SIN - Resolución UPME 804 de 2017
𝑪𝑶𝟐 𝒅𝒆𝒋𝒂𝒅𝒐 𝒅𝒆 𝒆𝒎𝒊𝒕𝒊𝒓 𝑻𝒐𝒏
= 0,367 𝑇𝑜𝑛𝐶𝑂2/𝑀𝑊ℎ ∗ 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑆𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑀𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜

OFF-GRID.
1. Identificación del tipo de usuario (residencial, comercial, Industrial).
2. Recopilación básica de información.
3. Determinación de las condiciones de radiación solar del sitio.
4. Determinación del banco de baterías.
5. Dimensionamiento de la potencia solar requerida.
6. Determinación del controlador de carga.
7. Determinación del arreglo solar fotovoltaico.
8. Determinación del inversor a utilizar.
9. Verificación de espacio disponible sobre techo.

• Características básicas de la red eléctrica:
Se debe conocer las características de la red eléctrica instalada en el lugar
(Voltaje de las cargas y tipología del tablero eléctrico a alimentar).
Ésta información influirá en la selección del inversor a utilizar.
OFF-GRID.

• Cargas y consumos del usuario:
Cuadro de cargas.
Carga eléctrica del usuario Cantidad Potencia [W]
Potencia total
[W]
Horas de uso
promedio al día
[h]
Consumo
promedio de
energía
[Wh/día]
Sobrecorriente
durante el
arranque
Potencia al
arranque
Iluminación 5 20 100 400 1 100
Televisor 1 115 115 230 1 115
Tomas 3 100 300 450 1 300
Licuadora 1 650 650 130 6 3900
Nevera 1 190 190 1710 3 570
Ventiladores 3 150 450 675 4 1800
PC 1 80 80 320 1 80
Potencia total
en AC
1885
Consumo
promedio diario
en AC
3915
Total al
arranque
6865
OFF-GRID.

radiación solar del IDEAM
son:
𝒌𝑾𝒉/𝒎𝟐
/𝒅í𝒂
OFF-GRID.

brillo solar del IDEAM
son:
𝒉 /𝒅í𝒂
OFF-GRID.

4. DETERMINACIÓN DEL BANCO DE BATERÍAS.
OFF-GRID.
𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆𝒍 𝒃𝒂𝒏𝒄𝒐 𝒅𝒆 𝒃𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒔 𝑨𝒉 =
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎
𝑊ℎ
𝑑í𝑎
∗ 𝐷í𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑢𝑡𝑜𝑛𝑜𝑚í𝑎 ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡. 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑚𝑝
𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 [𝑉 𝐷𝐶] ∗ 𝐷𝑂𝐷 ∗ 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟

5. DIMENSIONAMIENTO DE LA POTENCIA SOLAR REQUERIDA.
OFF-GRID.
𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝑾𝒑
= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎
𝑊ℎ
𝑑í𝑎
/(𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙 𝑎𝑙 𝑑𝑖𝑎 [ℎ]
∗ 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑚𝑝 𝑒𝑛 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 ∗ 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟
∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝐹𝑉
∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑚𝑖𝑛𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝐹𝑉

6. DETERMINACIÓN DEL CONTROLADOR DE CARGA.
OFF-GRID.
𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝐴 =
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑊𝑝
𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 [𝑉 𝐷𝐶]
- Voltaje del sistema [V DC].
- Capacidad de corriente [A].

- Potencia de entrada (DC) [kWp] del controlador.
- Voltaje y corriente máximas de entrada (DC) del controlador.
OFF-GRID.

- Potencia en AC [kW].
- Picos de arranque.
OFF-GRID.

9. VERIFICACIÓN DE ESPACIO DISPONIBLE SOBRE TECHO.
- Garantizar espacio para el arreglo solar en cubierta.
- Garantizar que las strings estén sobre el mismo plano.
- Evitar sombras sobre las strings.
OFF-GRID.

• Son dispositivos que tienen la misión de detectar condiciones anormales
en el funcionamiento de un sistema eléctrico (FV), actuando
automáticamente para para restablecer el servicio normal.
• Ante una falla o perturbación, el sistema de protección debe ser capaz de
detectar y aislar la zona afectada, minimizando la posibilidad de incendio,
el peligro para las personas y el riesgo de daños de equipos eléctricos
asociados.
• Un sistema de protección adecuadamente diseñado y coordinado es
necesario para asegurar que el sistema eléctrico opere adecuadamente.
SISTEMAS DE PROTECCIÓN DC/AC.
PROTECCIONES ELÉCTRICAS

¡NO USAR
INTERRUPTORES AC
PARA DESCONECTAR
CARGAS DC!
https://www.youtube.com/watch?v=hy5Xj6C32PI

DPS (DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN CONTRA SOBREVOLTAJES)
• Un dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias actúa
como un conmutador controlado por tensión y se halla instalado entre los
conductores activos y tierra en paralelo a los equipos a proteger. Cuando
la tensión de la red es inferior a su tensión de activación, el protector
actúa como un elemento de alta impedancia, de forma que por él no
circula intensidad. Por el contrario, cuando la tensión de red es superior a
la tensión de activación el protector actúa como un elemento de
impedancia próxima a cero, derivando la sobretensión a tierra y evitando
que ésta afecte a los receptores.
Cirprotec

DPS (DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN CONTRA SOBREVOLTAJES)
CITEL
• Ondas normalizadas de la norma IEC62305-1
• DPS tipo 1: Protección contra impacto directo.
• DPS tipo 2: Protección contra descarga inducida.

SELECCIÓN DE DPS – EDIFICIO SIN PARARRAYOS
CITEL

SELECCIÓN DE DPS – EDIFICIO CON PARARRAYOS NO AISLADO
CITEL

SELECCIÓN DE DPS – EDIFICIO CON PARARRAYOS AISLADO
CITEL

• Seccionadores DC .
• Fusibles.
• DPS AC/DC.
• Interruptores termomagneticos.
• Equipotencialización/Puesta a tierra.
PROTECCIONES PARA INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS

SELECCIÓN DE CONDUCTORES.
CABLEADO DE MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS.
• Cable para aplicaciones fotovoltaicas.
- Resistente a la intemperie y luz ultravioleta.
- Resistente a las bajas y altas temperaturas.
- HFFR (Halogen Free, Flame Retardant)
- Temperatura nominal de operación de hasta 120 ºC.
- Niveles de tensión bajos y medios.
Calibres para instalaciones
típicas:
𝟒 𝒎𝒎𝟐
𝟔 𝒎𝒎𝟐

SELECCIÓN DE CONDUCTORES.
CABLEADO Y PROTECCIONES.
• RETIE.
• NTC 2050:
- Sección 220: Cálculo de los circuitos.
- Sección 240: Protección contra sobrecorrientes.
- Sección 250: Puesta a tierra.
- Sección 280: Descargadores de sobretensiones.
- Sección 310: Conductores para instalaciones en general.
- Sección 690: Sistemas solares fotovoltaicos.
- Capitulo 9: Tablas y ejemplos.
• NFPA - NEC

CONSECUENCIAS DE UN MAL DIMENSIONAMIENTO
E INSTALACIÓN DE CABLEADO Y PROTECCIONES

LECTURA E INTERPRETACIÓN DE PLANOS.
ARTICULO 6 – 6.1:
SIMBOLOS ELÉCTRICOS

PLANOS ELÉCTRICOS

PLANOS ARQUITECTÓNICOS

EJERCICIOS PRÁCTICOS.
EJERCICIO 1: SISTEMA GRID-TIE
• Ubicación del proyecto: Medellín.
• Tipo de Usuario: Residencial.
• Transformador del circuito: 25 KVA.
• Consumo promedio mensual: 276 kWh/mes.
• Porcentaje desado de aporte solar: 90%
• Área de la cubierta: 40 m2.

EJERCICIO 1: SISTEMA GRID-TIE
• Ubicación del proyecto: Medellín.
• Transformador del circuito: 25 KVA.
• Consumo promedio mensual: 276 kWh/mes.
• Porcentaje desado de aporte solar: 90%
• VOLTAJE DE INTERCONEXIÓN: 240/120V 1 PH

EJERCICIO 2: SISTEMA OFF-GRID (AISLADO)
• Ubicación del proyecto: Montería - Córdoba.
• Consumos: ver cuadro de cargas en excel.
• Voltaje de tablero: 110V.
• Dias de autonomia del sistema: 2.

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