Configuració d’instal·lacions solars fotovoltaiques aïllades

Per determinar les necessitats energètiques d’una instal·lació caldrà especificar com a mínim els següents paràmetres:

• Tipologia d’instal·lació.
• Lloc d’instal·lació.
• Tipus d’utilització: caps de setmana i diària.
• Estacionalitat de la utilització: estiu i hivern.
• Consum energètic de la instal·lació.
• Dies d’autonomia requerits.
• Rendiment de la instal·lació.
• Disponibilitat de sistema auxiliar de subministrament elèctric.

Les instal·lacions fotovoltaiques autònomes estan destinades al subministrament elèctric allà on el cost de la instal·lació de les línies elèctriques no és rendible, és a dir, per a instal·lacions aïllades de la xarxa elèctrica.

La figura mostra l’esquema bàsic d’una instal·lació solar aïllada típica. Aquestes instal·lacions disposaran, com a mínim, dels següents elements:

• Mòduls fotovoltaics.
• Acumuladors d’energia elèctrica.
• Reguladors de càrrega.
• Convertidors d’energia elèctrica per a aplicacions autònomes (inversors).

Les instal·lacions fotovoltaiques (figura) poden alimentar dos tipus de càrregues diferents:

• Càrregues de CC: els equips de corrent continu generalment corresponen amb utilitzacions d’il·luminació, televisió i petits electrodomèstics. Aquests equips tenen un cost més gran que els de CA, però són més eficients perquè la instal·lació no necessita inversor.
• Càrregues de CA: els equips de corrent altern corresponen als elements de consum utilitzats en les instal·lacions convencionals. Aquest tipus d’instal·lacions requereixen un inversor que transformi el corrent CC a corrent CA.

Normalment, podem trobar instal·lacions amb els dos tipus de càrregues, tal com podeu veure a la figura.

Una altra aplicació comuna dels sistemes fotovoltaics són els sistemes de bombament d’aigua, els quals s’utilitzen quan hi ha dificultat o impossibilitat per a la connexió a la xarxa elèctrica convencional. Aquests sistemes es poden alimentar amb bombes de corrent continu o de corrent altern.

En aquestes instal·lacions, com podeu veure a la figura, no sempre és necessària la instal·lació de bateries, ja que es pot bombar la màxima quantitat d’aigua possible durant tot el període en què hi hagi radiació solar i emmagatzemar-la.

En la taula podeu comparar la radiació solar global diària sobre una superfície inclinada 50º en les capitals de província de Catalunya per a una orientació sud (0º). Com podeu comprovar, la ciutat amb una radiació anual mitjana més gran és Tarragona (5,06 kWh/m²) mentre Lleida és la de menys radiació (4,37 kWh/m²).

Com podeu veure a la taula, que mostra la radiació solar global diària sobre superfícies inclinades (MJ/m₂/dia) en Barcelona per a una orientació sud (0º), la radiació rebuda depèn de cada mes i varia segons la inclinació dels mòduls.

En una instal·lació solar aïllada, on el consum és constant al llarg de tot l’any, la inclinació òptima dels panells solars ve determinada per l’ús de la instal·lació. En la taula podem comprovar els criteris generals de càlcul de la inclinació òptima dels panells per captar la màxima radiació possible.

Font: programari en línia PVGIS

El tipus d’utilització de la instal·lació, primera residència o de cap de setmana, determinarà l’energia de reserva (bateries) i la potència del generador que cal preveure quan les condicions de generació són baixes (dies nuvolosos). En aquest sentit, el tipus d’utilització condiciona alguns factors de disseny de la instal·lació:

• Si la utilització de la instal·lació és diària, els mòduls fotovoltaics han de subministrar com a mínim l’energia que cada dia necessita la instal·lació.
• En el cas d’una utilització de cap de setmana, les bateries s’hauran carregat durant els dies en què la instal·lació no s’utilitza, per tant, la potència del camp fotovoltaic pot ser menor.

Els dies d’autonomia és una dada important per determinar la capacitat d’emmagatzematge d’energia d’una bateria i la possibilitat de proporcionar energia durant períodes prolongats sense radiació solar disponible, com ara els dies nuvolosos.

L’autonomia d’una bateria depèn de diferents factors, com ara la seva capacitat, el consum d’energia dels dispositius connectats a ella i de l’eficiència durant el procés de càrrega i descàrrega de la bateria.

Un criteri per determinar els dies d’autonomia és el següent:

• Instal·lacions totalment autònomes i de difícil accés (equips de telecomunicacions, boies, etc.): cal aplicar tants dies d’autonomia com dies núvols seguits mostrin les estadístiques meteorològiques més properes al lloc d’ubicació (de 3 a 10 dies).
• Electrificació rural d’ús diari: de 4 a 6 dies. Aquest valor es pot reduir a tres si existeix un grup electrogen de suport amb engegada automàtica.
• Electrificació d’habitatges de cap de setmana: de 2 a 3 dies.

El principal objectiu d’una instal·lació solar fotovoltaica aïllada és garantir el subministrament elèctric d’una instal·lació durant tots els mesos d’utilització. Per tant, coneguda la radiació rebuda i el consum de la instal·lació caldrà escollir el mes crític de disseny.

Aquest mes dependrà del tipus de consum de la instal·lació:

• Instal·lacions amb consum constant.
• Instal·lacions amb consum variable.

Si no hi ha variació dels hàbits de consum dels usuaris en els diferents mesos de l’any, el consum és constant durant tot el temps d’utilització de la instal·lació.

Per al mes de disseny, la instal·lació està ajustada a la demanda energètica de l’habitatge i la resta de mesos estarà sobredimensionada. Per tant, el disseny d’una instal·lació es realitza per a les dades de radiació del pitjor mes d’utilització:

• En el cas d’instal·lacions que s’utilitzen durant tot l’any, a l’hemisferi nord, el mes de disseny és desembre.
• En el cas d’instal·lacions d’ús estacional, per exemple l’estiu (juny-setembre), el mes de disseny serà juny.

Per comparar la capacitat de producció energètica amb el consum de la instal·lació, s’utilitza el factor F o factor de càrrega, que relaciona la capacitat de generació d’energia dels sistemes fotovoltaics respecte del consum de la instal·lació:

Com més petit és aquest factor, menor serà la capacitat del generador fotovoltaica per cobrir les necessitats d’energia de la instal·lació. Per garantir el subministrament d’energia el factor F ha de ser més gran que 1.

Com que durant la fase de disseny encara no es coneix la potència fotovoltaica instal·lada, com a referència per escollir el mes crític de disseny utilitzarem la relació següent:

Normalment, el consum d’una instal·lació no és constant al llarg de tot l’any, ja que depenent de l’època de l’any els hàbits de consum són diferents: calefacció a l’hivern, èpoques estivals amb menys utilització de la instal·lació…

El mes de disseny serà aquell amb un factor F o una relació HSP/consum més petita. Per tant, caldrà cercar el mes de disseny avaluant el consum i la radiació solar rebuda en cada mes.

En les instal·lacions en què sigui necessari garantir el 100% del subministrament elèctric en qualsevol situació, caldrà utilitzar un grup electrogen de suport.

La figura mostra el principi d’utilització d’un grup electrogen en una instal·lació solar fotovoltaica. El grup electrogen es connecta a una connexió pròpia que tenen els inversors/carregadors i entra en servei en situacions excepcionals quan el generador fotovoltaic i les bateries no poden alimentar la instal·lació.

Per instal·lar un generador en plantes fotovoltaiques aïllades convé que compti amb la funció d’arrencada automàtica. D’aquesta manera els generadors elèctrics es posaran en funcionament de manera automàtica per proveir un mínim de subministrament elèctric.

Quan s’utilitza un inversor convencional el grup electrogen pot subministrar l’energia elèctrica directament als consums, mitjançant un sistema de commutació extern que desconnecti la sortida de CA de l’inversor i connecti el grup electrogen als consums, tal com podeu veure a la figura.

La figura resum les especificacions inicials d’una instal·lació sota estudi:

• La instal·lació solar fotovoltaica es realitzarà a una zona rural a prop de Barcelona, s’utilitzarà durant tot l’any.

La ubicació de la instal·lació té les coordenades geogràfiques següents:

• Latitud: 41,44º.
• Longitud: 2,11º.
• Les plaques solars s’instal·laran en l’orientació i la inclinació òptimes.
• Els dies d’autonomia requerits són 4.
• Previsió de càrregues elèctriques: cal preveure l’alimentació en CA dels components bàsics d’una instal·lació (il·luminació, nevera, rentadora i TV). El consum energètic és constant al llarg de l’any.
• Per tal d’augmentar el rendiment de la instal·lació, s’utilitzaran càrregues de baix consum.
• Les càrregues de la instal·lació de 230 V/50 Hz (aparells AC) s’alimentaran des d’un inversor.
• S’utilitzarà un grup electrogen de suport per garantir el subministrament elèctric si cal alimentar la instal·lació en situacions de baixa radiació solar.

Per avaluar les necessitats de producció energètica del camp fotovoltaic caldrà establir quin és el consum de la instal·lació.

Aquest perfil proporciona la informació sobre com s’utilitza l’energia elèctrica en els diferents moments del dia, dies de la setmana o èpoques de l’any. Conegut el perfil de consum d’una instal·lació podem preveure la seva demanda energètica per planificar el disseny del sistema solar fotovoltaic.

La demanda energètica d’una instal·lació bàsicament és de tres tipus:

• Tèrmica, que satisfà els requisits d’aigua calenta sanitària (ACS), calefacció i refrigeració.
• Lluminosa, que proporciona confort lumínic.
• Elèctrica, que proporciona connexió als diferents aparells elèctrics de l’habitatge.

Per reduir les necessitats energètiques i, per tant, el cost de la instal·lació fotovoltaica, les característiques dels dispositius utilitzats han de tenir les característiques següents:

• Es recomana la utilització d’electrodomèstics de baix consum.
• No es recomana la utilització d’equips amb escalfament elèctric, ja que el consum d’aquests dispositius és molt elevat. Per tant, haurem d’evitar utilitzar forns elèctrics, microones, radiadors elèctrics, assecadores…

Els dispositius utilitzats en una instal·lació poden ser de dos tipus:

• Aparells d’ús variable. La utilització d’aquests dispositius es realitza durant un temps determinat, segons les necessitats de l’usuari (taula). En aquest cas, l’energia consumida dependrà del temps d’utilització.
• Aparells d’ús continuat. Aquests dispositius funcionen durant tot el dia o durant cicles (taula) i les dades de consum es determinen per cicles de funcionament, per exemple un dia, anual, una rentada…

Com que durant el disseny cal conèixer, a més del consum, la potència instal·lada, haurem de cercar la potència de funcionament dels aparells d’ús continuat.

Un cop determinat el perfil de la demanda energètica, caldrà elaborar una taula de consum, tenint en compte la potència (P) i el temps (t) d’utilització dels diversos equips, per tal d’establir la demanda energètica total diària en Wh/dia.

En aquesta taula avaluem de manera individual quin és el consum de cada dispositiu (E_consumida) de la instal·lació segons la seva potència nominal (P) i el temps d’utilització (t):

La suma del consum de cada dispositiu ens determinarà l’energia que consumeix la instal·lació (E_consumida) en tot un dia:

La següent expressió avalua el rendiment global (R) d’una instal·lació solar fotovoltaica, a partir de les pèrdues que presenten cadascun dels elements que la formen:

Aquesta expressió ens permetrà justificar els valors de rendiment que utilitzarem quan dissenyem una instal·lació. Els coeficients que utilitzarem per avaluar el rendiment són els següents:

• k_b. Coeficient de pèrdues del regulador de càrrega (rendiment del regulador) i de les bateries:
  • 0,05 en sistemes que no demanin descàrregues intenses.
  • 0,1 en sistemes amb descàrregues profundes.
• k_c. Coeficient de pèrdues del convertidor CC/CA (inversor):
  • 0,05 per a convertidors sinusoidals purs, treballant en règim òptim.
  • 0,1 en altres condicions de treball, lluny de l’òptim.
• k_v. Coeficient de pèrdues vàries. Agrupa altres pèrdues com per exemple les pèrdues produïdes en els cables per l’efecte Joule:
  • 0,05 - 0,15 com a valors de referència.
• K_a. Coeficient d’autodescàrrega diària de la bateria:
  • 0,002 per a bateries de baixa autodescàrrega (liti).
  • 0,005 per a bateries estacionàries de Pb-àcid (les més habituals).
  • 0,012 per a bateries d’alta autodescàrrega (arrencada d’automòbils).
• N. Nombre de dies d’autonomia de la instal·lació, en els quals la instal·lació ha d’operar sota una irradiació mínima (dies ennuvolats continus) i es consumirà més energia de la que el sistema fotovoltaic serà capaç de generar.
  • 4 - 10 dies com a valors de referència en instal·lacions d’ús diari.
  • 2 - 3 dies en instal·lacions d’ús de cap de setmana.
• PD. Profunditat de descàrrega diària de la bateria. Depèn del tipus de bateria utilitzada:
  • 0,9 per bateries de liti.
  • 0,8 per bateries AGM o de tipus gel.
  • 0,5 per bateries de Pb-àcid.

Al valor del consum diari previst (Wh/dia), li aplicarem el factor global de rendiment (R) de la instal·lació fotovoltaica que engloba els autoconsums i rendiments particulars dels elements que la integren: (regulador, acumulador, convertidor CC/CA…) de manera que el resultat, que anomenem energia necessària, és l’energia bruta que cal produir en els mòduls per a satisfer amb efectivitat els consums nets previstos. Aquest valor serà sempre superior a l’energia neta que es vol subministrar als consums.

Dividint el valor d’energia requerida pels consums (E), de la taula de consum, pel rendiment global de la instal·lació (R), obtenim l’energia necessària que cal subministrar (E_NECESSÀRIA), tal com mostra la següent expressió:

En una instal·lació mixta amb càrregues de CC, que s’alimenten directament des de les bateries, i de CA, que s’alimenten des de l’inversor, cal aplicar un rendiment diferent a cada tipus de consum per avaluar l’energia necessària de la instal·lació:

La tensió nominal de la instal·lació determinarà el voltatge del banc de bateries i les característiques del regulador de càrrega i de l’inversor de la instal·lació.

El voltatge de l’acumulador haurà de ser escollit, de manera que sigui prou elevat per a garantir corrents de càrrega/descàrrega raonables (I < 100 A), així com un correcte acoblament amb el voltatge del grup de plaques fotovoltaiques (12 V, 24 V, 48 V…).

La figura mostra el balanç de tensions i corrents en la instal·lació fotovoltaica. Per a una potència de l’inversor determinada, com més gran sigui la tensió nominal de la instal·lació, més petit serà el corrent que subministren les bateries i la resta de components de la instal·lació, ja que la configuració del camp fotovoltaic s’ha d’adaptar a la tensió nominal.

En el cas d’instal·lacions autònomes, la tensió nominal dels sistemes d’acumulació és de 12 V, 24 V o 48 V.

Com a exemple la taula mostra els valors de la tensió nominal recomanables de la instal·lació en funció de la potència. Aquesta potència és la potència instantània que en un moment determinat subministren les bateries a la instal·lació. Si la potència és molt gran també ho serà el corrent. Per tant, una manera de reduir el corrent mantenint la potència és augmentant la tensió nominal de la instal·lació, és a dir, la tensió nominal del banc de bateries.

La figura mostra diferents perfils de consum d’una instal·lació. L’energia diària consumida en cada instal·lació és la mateixa (2.400 Wh), però la distribució del consum és diferent en cada moment del dia, ja que la potència de la instal·lació també ho és.

Font: programari en línia PVGIS

El consum detallat de cada perfil està resumit en la taula.

Si atenem els diferents tipus d’aplicacions fotovoltaiques, podem definir de manera qualitativa alguns perfils de consum:

• Corba de consum constant. El consum és constant durant tot el dia i també es manté constant al llarg de l’any. Aquest perfil de consum es correspon a aplicacions com les següents:
  • Sistemes d’alarma.
  • Senyalització marina o ferroviària.
  • Repetidors del senyal de ràdio.
  • Estacions meteorològiques.
  • Electrificació de tanques.
• Corba de consum nocturn. En aquest cas el consum es produeix en hores nocturnes. Per tant, la variació d’aquest consum és inversament proporcional a la durada del dia i a l’hivern el consum és més gran que a l’estiu. Aquest perfil de consum es presenta en les aplicacions següents:
  • Il·luminació.
  • Senyalització de carreteres.
  • Cartells publicitaris.
  • Fars marins.
• Corba de consum domèstic. Per establir el perfil de consum cal tenir en compte els hàbits del lloc estudiant cada cas. Per tant, no es pot establir un gràfic concret, però el consum es concreta en les hores on la instal·lació està ocupada.

Exemple de selecció de la tensió nominal de la instal·lació

Encara que l’energia consumida en les tres aplicacions de la figura és la mateixa, els requisits de cada instal·lació són diferents, de manera que la potència de l’inversor serà diferent en cada instal·lació.

Per altra banda, la tensió nominal de la instal·lació depèn de la potència instal·lada. En tots tres exemples, la potència és inferior a 1.200 W, per tant, s’utilitzarà una tensió nominal del sistema de 12 V.

En canvi, en la instal·lació, el perfil de consum del qual podeu veure a la figura, el consum a les 11:00 h és de 1.300 Wh. Si considerem un consum constant durant tota aquesta hora, la potència utilitzada és de 1.300 W:

Per aquesta potència, la tensió nominal recomanada és de 24 V, ja que la màxima potència demandada és de 1.300 W.

Font: programari en línia PVGIS

Una vegada se selecciona la potència del mòdul fotovoltaic, cal calcular el nombre de mòduls necessaris per satisfer la demanda energètica de la instal·lació i determinar la seva configuració en sèrie, paral·lel o mixta.

El nombre de plaques fotovoltaiques necessàries en una instal·lació és la dada més important a calcular, ja que generalment serveix com a referència a l’hora de calcular altres components del sistema, fins i tot per a fer una aproximació al cost final de la instal·lació.

Per determinar el nombre de plaques necessàries diferenciarem dues situacions:

• Instal·lacions d’ús diari.
• Instal·lacions de cap de setmana.

El nombre de mòduls (N) del camp fotovoltaic determina l’energia que genera (E_GENERADA) la instal·lació:

La potència de pic del mòdul (P_MÀX) seleccionat ens serà subministrada pel fabricant.

El rendiment de camp (η_camp) inclou les pèrdues degudes a la brutícia dels mòduls i als efectes negatius que té el fet d’utilitzar mòduls que, a causa de la tolerància del fabricant, no són exactament d’igual potència. Aquest valor pot variar entre 0,7 i 0,9, però normalment agafarem un valor de referència de 0,8, és a dir, un 80% de rendiment.

La radiació solar i les hores solar pic (HSP) seran les corresponents al mes de pitjor relació entre la irradiació i el consum, generalment el mes de desembre quan es tracta d’electrificacions d’habitatges d’utilització continuada i consum constant.

El càlcul del nombre de mòduls necessaris (N) en una instal·lació autònoma quedarà determinat per la següent expressió:

Exemple de càlcul del nombre de plaques necessàries en una instal·lació d'ús diari

La tensió nominal de la instal·lació sota estudi de la figura, en base a la potència instal·lada d’uns 679 W aproximadament, és de 12 V i l’energia que ha de subministrar el generador és de 1.841 Wh.

Les característiques dels panells solars utilitzats són els mostrats a la figura, els quals tenen una potència nominal de 120 W i són adequats per les instal·lacions de 12 V de tensió nominal (36 cèl·lules).

Si considerem un rendiment de camp de 0,8, el nombre de panells necessaris (N) que necessitem en la instal·lació sota disseny és d’aproximadament 6:

Com que la tensió nominal de la instal·lació és de 12 V, podem connectar els 6 panells en paral·lel.

Si una instal·lació solar fotovoltaica només s’utilitza el cap de setmana el nombre de panells necessaris ha de permetre la càrrega de les bateries durant els dies que la instal·lació no s’utilitza. En aquest cas, el nombre de mòduls (N) necessaris podem calcular-los a partir de l’expressió següent:

Exemple de càlcul del nombre de plaques necessàries en una instal·lació de cap de setmana

Si la instal·lació sota estudi només s’utilitza el cap de setmana, el nombre de panells necessaris (N) és de 3:

Com que la tensió nominal de la instal·lació és de 12 V, podem connectar els 3 panells en paral·lel, tal com mostra la figura.

Una vegada coneguda la potència del mòdul seleccionat (P_MÀX) i calculat el nombre de mòduls necessaris (N) queda definida la potència del camp fotovoltaic (P_PV):

Com que la potència del camp fotovoltaic no depèn de la seva configuració, caldrà decidir el tipus de connexió: en sèrie, paral·lel o mixta.

Aquesta connexió dependrà dels factors següents:

• Tensió nominal. La tensió nominal de la instal·lació i tensió nominal dels panells ha de coincidir. En el cas d’instal·lacions de tensió nominal de 48 V caldrà connectar branques de dos mòduls en sèrie de 24 V de tensió nominal.
• Tipus de regulador de càrrega. La utilització de reguladors de càrrega MPPT permet configuracions més flexibles, facilitant la connexió en sèrie o mixta de mòduls.

En la figura podeu comprovar diferents exemples de configuració del camp fotovoltaic.

La capacitat útil del banc de bateries de la instal·lació ha de garantir l’autonomia de la instal·lació durant els dies especificats durant el disseny:

La capacitat útil de la bateria en Wh (C_ÚTIL), depèn de la seva tensió nominal (V) i vindrà determinada per la profunditat de descàrrega (PD) especificada:

La tensió nominal de les bateries ve determinada per la tensió nominal de la instal·lació i ha de ser compatible amb la resta de components del sistema: camp fotovoltaic, regulador de càrrega i inversor.

Un cop establert el voltatge de treball de la instal·lació, cal considerar que la bateria és el magatzem d’energia; per tant, la seva capacitat serà determinada pel consum diari i pel nivell d’autonomia que vulguem obtenir, variable en funció del tipus d’instal·lació. Aquestes variables les podem concretar en:

• Els dies d’autonomia que cal aplicar dependran de les estadístiques meteorològiques del lloc d’ubicació de la instal·lació, del grau de fiabilitat desitjat pel client i per l’ús que l’usuari realitza de la instal·lació. Com a norma general els dies d’autonomia requerits poden variar de 3 a 5 dies.
• La profunditat de descàrrega mitjana d’una bateria que tindrem en compte en el càlcul depèn del tipus emprat:
  • 0,9 a 1,0 per a acumuladors de liti.
  • 0,7 a 0,8 per a acumuladors estacionaris VLRA (AGM i gel).
  • 0,5 a 0,6 per a acumuladors estacionaris de Pb-àcid.
  • 0,2 a 0,3 per a acumuladors d’engegada (automòbil).

Un cop determinada l’autonomia podem calcular la capacitat de la bateria (C_N) amb la següent expressió:

El regulador de càrrega és el dispositiu que realitza la gestió de la càrrega i descàrrega de les bateries en els sistemes solars fotovoltaics. Per tant, haurà de ser compatible amb la tensió nominal i tipus de bateria utilitzada.

La configuració del regulador de càrrega comença amb la selecció del tipus de regulador a utilitzar. Com a criteri general:

• Regulador PWM. Aquest tipus de regulador s’utilitza en instal·lacions solars de petita potència.
• Regulador MPPT. Aquest tipus de regulador s’utilitza en instal·lacions solars de mitjana i gran potència.

La selecció del regulador de càrrega d’una instal·lació dependrà de les característiques de cada sistema i caldrà considerar les següents condicions de servei, les quals es resumeixen a la figura:

• La selecció del regulador de càrrega ve determinada per la tensió nominal (V_N) de la instal·lació.
• El corrent màxim d’entrada del regulador (I_MÀX) que s’ha de considerar és el corrent de curtcircuit màxim del generador fotovoltaic (I_{SC GEN MÀX}), amb un factor de sobredimensionat d’1,25 per evitar danys al regulador:

• El corrent màxim de sortida del regulador (I_MÀX) vindrà determinada per la potència de la instal·lació (P_{INSTAL·LACIÓ}) o de l’inversor utilitzat, considerant també un factor de sobredimensionat d’1,25:

• La tensió màxima d’entrada del regulador (V_MÀX) serà la tensió màxima en circuit obert del generador (V_{OC GEN MÀX}), considerant un factor de sobredimensionat d’1,2 que preveu les pitjors condicions de temperatura:

Els reguladors de càrrega es caracteritzen per la intensitat màxima que poden suportar, així com pel voltatge nominal de treball. Podem definir com a valors estàndards d’intensitat dels models en el mercat els 5 A, 10 A, 15 A, 20 A, 30 A, 40 A, 50 A i 60 A. I pel que fa a la tensió nominal: 12 V, 24 V o 48 V.

La selecció del regulador de càrrega comença a partir de la determinació de la tensió nominal de la instal·lació, és a dir, la tensió del banc de bateries: 12 V, 24 V o 48 V.

Els reguladors PWM només poden utilitzar-se amb mòduls fotovoltaics de 36 cèl·lules (tensió nominal de 12 V) i 72 cèl·lules (tensió nominal de 24 V). En cas contrari s’està desaprofitant més energia de la necessària, ja que la tensió de la bateria condiciona el punt de treball del generador fotovoltaic. En el cas d’instal·lacions de tensió nominal de 48 V, caldrà utilitzar una configuració sèrie de dos mòduls fotovoltaics de 24 V.

En funció de la tensió nominal de la instal·lació podem utilitzar alguna de les configuracions següents:

• 12 V: només poden utilitzar-se panells solars de 12 V (36 cèl·lules). Per aconseguir la potència fotovoltaica necessària cal connectar els mòduls en paral·lel, per no incrementar la tensió del generador fotovoltaic. En la figura podeu veure diferents exemples.

• 24 V: podem utilitzar panells solars de 24 V (72 cèl·lules) o de 12 V (36 cèl·lules). En el cas d’utilitzar panells de 12 V caldrà connectar dos en sèrie per aconseguir la tensió de treball necessària. Per aconseguir la potència necessària connectarem aquestes configuracions en paral·lel. En la figura podeu veure diferents configuracions.

• 48 V: poden utilitzar-se dos panells en sèrie de 24 V (72 cèl·lules), connectant aquestes branques en paral·lel per aconseguir la potència de disseny necessària. En la figura podeu veure diferents configuracions.

Depenent de la potència del generador instal·lada, caldrà instal·lar més o menys branques de mòduls en paral·lel, de manera que el corrent que se subministra al regulador augmenta de manera significativa.

La taula compara diferents models de reguladors de la mateixa sèrie d’un fabricant. La principal diferència entre ells és el corrent màxim d’entrada i de sortida.

En la selecció del regulador de càrrega tindrem cura de deixar un marge de seguretat en el corrent i la tensió que subministra el generador fotovoltaic:

Exemple de selecció del regulador de la instal·lació sota estudi

La instal·lació sota estudi de la figura té una tensió nominal de 12 V i està formada per 6 panells fotovoltaics de 120 W.

Els criteris de selecció del regulador d’aquesta instal·lació, que es resumeixen en la figura, són els següents:

El model de regulador de càrrega més adequat en aquesta configuració és el de 60 A.

El regulador MPPT pot separar la tensió de funcionament dels panells solars de la tensió de la bateria, sempre que la tensió de sortida del generador fotovoltaic sigui més gran que la tensió del banc de bateries. D’aquesta manera el seguidor del punt de màxima potència (MPPT) podrà situar la tensió de treball del conjunt de panells solars a l’òptima per obtenir la màxima producció possible.

Amb reguladors MPPT es pot utilitzar qualsevol classe de panell sempre que el rang de tensió dels generadors estigui entre els límits marcats per cada model d’inversor. Si hem de realitzar associacions en paral·lel per augmentar la potència total, totes les branques han d’operar al mateix voltatge.

La taula compara les característiques tècniques de diferents reguladors MPPT.

Per limitar el corrent d’entrada del regulador MPPT, el fabricant especifica la potència fotovoltaica màxima que pot connectar-se a la seva entrada en funció de la tensió nominal de la instal·lació. Per exemple, el model de regulador de 35 A, admet diferents configuracions:

• A 12 V limita la potència fotovoltaica a 500 W:
  
• A 24 V limita la potència fotovoltaica a 1.000 W:
  
• A 48 V limita la potència fotovoltaica a 2.000 W:
  

Lògicament, el corrent calculat és superior al que subministrarà el generador, ja que la tensió nominal (V_N) d’un mòdul és inferior a la tensió en el punt de màxima potència (V_PMP) en el qual treballarà.

El rang de funcionament en què el regulador pot realitzar el seguiment del punt de màxima potència depèn del regulador, però com a norma general només funcionarà si la tensió fotovoltaica supera la tensió de la bateria en uns 5 V perquè arrenqui el controlador MPPT. Un cop arrencat, la tensió fotovoltaica mínima ha de ser superior en 1 V per fer el seguiment del punt de màxima potència.

La figura mostra diferents exemples de configuracions.

La taula resum possibles configuracions. La selecció del regulador es realitza d’acord amb la tensió màxima d’entrada del regulador (V_MÀX) i a la potència màxima que suporta el regulador (P_{PV MÀX}), la qual ha de ser superior a la que subministra el generador fotovoltaic (P_GEN). La tensió utilitzada també condicionarà la tensió nominal (V_N) de les bateries instal·lades.

Com a conclusió, podem comprovar que per a un regulador de V_MÀX = 100 V podem connectar cadenes de 2 mòduls de 60 cèl·lules com a màxim i per a un regulador de V_MÀX = 150 V podem connectar 3 mòduls en sèrie. El nombre de cadenes en paral·lel del generador vindrà limitat per la potència del regulador MPPT.

Exemple de selecció d'un regulador MPPT en la instal·lació sota estudi

En la instal·lació sota estudi de la figura s’utilitzarà un regulador de càrrega MPPT, utilitzant panells fotovoltaics de 60 cèl·lules. Els panells utilitzats tenen les característiques següents:

• P_PMP = 270 W
• V_OC = 37,4 V
• I_SC = 9,1 A

Si considerem un rendiment del camp fotovoltaic de 0,8, el nombre de panells necessaris (N) per a la instal·lació sota disseny és d’aproximadament 3:

Amb 3 panells la potència fotovoltaica instal·lada serà de 810 W.

L’única configuració possible amb tres panells és la connexió en paral·lel que podem veure a la figura.

Els criteris de selecció del regulador són els següents:

El model de 35 A de la taula és adequat, ja que permet una potència fotovoltaica màxima d’entrada de 1.000 W sempre que la configuració del generador subministri una tensió nominal de 24 V.

Hem de considerar que amb aquest regulador, el corrent màxim de sortida que pot proporcionar és de 35 A.

L’inversor s’encarrega d’alimentar les càrregues de CA de la instal·lació.

La taula mostra les característiques tècniques de diferents inversors d’instal·lacions fotovoltaiques aïllades.

Les dades bàsiques que cal determinar de l’inversor d’una instal·lació solar fotovoltaica són:

• Tensió nominal d’entrada: depèn de la tensió nominal del banc de bateries.
• Tensió nominal de sortida: com a norma general alimentarem instal·lacions monofàsiques a 230 V/50 Hz.
• Potència nominal de sortida o potència de sortida contínua: aquesta potència vindrà determinada per la potència instantània demandada pels consums de la instal·lació.

En qualsevol instal·lació elèctrica podem establir un coeficient de simultaneïtat en funció de les càrregues instal·lades i de l’ús que es fa d’elles.

El coeficient de simultaneïtat (C_S) és la relació que hi ha entre els punts d’utilització que poden funcionar simultàniament i el nombre total d’aquests punts. Per tant, aquest coeficient ens indica el percentatge d’equips de la instal·lació que poden funcionar de manera simultània.

La taula mostra el consum d’una instal·lació. Si tots els dispositius de la instal·lació es connecten alhora, la potència de la instal·lació (P_INSTAL·LADA) és molt gran:

Durant la utilització d’una instal·lació és molt improbable que tots els dispositius estiguin connectats alhora, per tant, podem considerar un coeficient de simultaneïtat per tal d’establir el nombre de dispositius que poden connectar-se.

Per exemple, si considerem un coeficient de simultaneïtat (C_S) del 50%, la potència màxima que podem demandar a l’inversor serà de 2.668 W:

En el cas de considerar un coeficient de simultaneïtat (C_S) del 75%, la potència màxima que podem demandar a l’inversor serà de 3.282 W:

D’aquesta manera no podrem connectar alhora tots els dispositius que més consumeixen, però fent un ús racional podem connectar per exemple la rentadora o el calefactor amb la resta de dispositius.

La tensió nominal dels inversors d’instal·lacions autònomes és de 12 V, 24 V i 48 V.

L’inversor seleccionat ha de coincidir amb la tensió nominal de la instal·lació.

Quan cal dissenyar l’inversor d’una instal·lació podem prendre dues solucions:

• Seleccionar un inversor amb prou potència per alimentar totes les càrregues.
• Aplicar un coeficient de simultaneïtat.

Si volem alimentar totes les càrregues de la instal·lació de manera simultània, la potència de l’inversor haurà de ser igual o superior a la potència instal·lada, al que podem aplicar un factor de sobredimensionat del 20%:

Selecció de l'inversor de la instal·lació sota estudi

Per a la selecció de l’inversor de la instal·lació sota estudi de la figura cal recopilar les especificacions de la instal·lació i els resultats de disseny de la resta de components de la instal·lació:

• La tensió nominal d’entrada de l’inversor ha de coincidir amb la tensió nominal de la instal·lació: 12 V CC.
• La tensió nominal de sortida de l’inversor haurà de coincidir amb la tensió de la nostra instal·lació: 230 V CA/50 Hz.

Només manca determinar la seva potència nominal, tenint en compte la potència dels receptors utilitzats en la instal·lació, tal com es mostra a la figura. En aquesta instal·lació la potència instal·lada és de 679 W. Com que el nombre de receptors és petit i la potència instal·lada també, no aplicarem cap factor de simultaneïtat:

Amb aquestes dades, podem seleccionar el model d’inversor de 800 W de la taula de 12 V de tensió nominal i que pot subministrar una potència de pic de 1.100 W.

També podem aplicar un coeficient de simultaneïtat per seleccionar la potència de l’inversor. Aquesta solució s’adopta en les instal·lacions de mitjana i gran potència quan la probabilitat que totes les càrregues de la instal·lació estiguin connectades de manera simultània és baixa.

La potència nominal de l’inversor o convertidor adient serà la resultant de la suma de totes les potències nominals dels equips consumidors multiplicat per un coeficient de simultaneïtat d’entre 0,5 a 0,75 en funció de la tipologia i quantitat de consums:

El resultat d’aquesta operació ens determinarà la potència nominal de l’inversor, amb l’excepció que la potència nominal d’algun dels aparells de consum sigui superior a aquest valor i que, per tant, aquest aparell ens determinarà la potència mínima del convertidor. En aquest sentit, cal tenir en compte que alguns electrodomèstics que incorporen motor demanen puntes de potència d’engegada superiors a les nominals (fins a 4 vegades més); per exemple, els televisors en color i les neveres.

El programari en línia de PVGIS permet avaluar el rendiment d’un sistema fotovoltaic autònom.

Aquesta eina permet analitzar el funcionament d’una instal·lació solar fotovoltaica sense connexió a la xarxa elèctrica i que, per tant, disposa d’un sistema d’emmagatzematge amb bateries per proporcionar l’energia demandada per la instal·lació en moments en què no existeix radiació solar disponible.

Durant la simulació s’utilitza informació sobre el consum elèctric al llarg del dia per calcular la quantitat d’energia fotovoltaica generada que se subministra a la instal·lació i a les bateries.

En la figura podeu veure la solució proposada de la instal·lació sota estudi. Les dades més importants que resulten del disseny de la instal·lació són les següents:

• Localització: coordenades geogràfiques de Barcelona (41,45º, 2,1º).
• Potència fotovoltaica instal·lada: 720 W.
• Capacitat de la bateria: 1.320 Ah.
• Profunditat de descàrrega de les bateries utilitzades: 50%.
• Consum diari: 1.381 Wh.
• Orientació (α) de 0º i inclinació (β) de 50º.
• HSP en el mes de disseny de 3,48 hores.

Amb el disseny realitzat podem calcular alguns paràmetres de funcionament de la instal·lació:

• L’energia diària generada pel camp fotovoltaic és de 2.004,6 Wh:
  
• El factor de càrrega (F) en el mes de disseny (desembre) és d’1,08, de manera que en el pitjor mes es genera més energia que la que es consumeix:
  
• Amb la capacitat de la bateria seleccionada, el nombre de dies d’autonomia és superior a 4:
  

Amb eines de simulació podem comprovar el rendiment d’aquesta instal·lació.

Les dades que cal omplir per a la localització de la instal·lació, les quals podeu veure a la figura:, són les següents:

• Potència fotovoltaica instal·lada [Wp]: potència màxima del camp fotovoltaic. No podem especificar el rendiment de la instal·lació fotovoltaica i l’eina assumeix unes pèrdues conservadores de 0,69, les quals inclouen les pèrdues pel rendiment de la bateria, l’inversor i la degradació dels diferents components del sistema. El sistema sota estudi té una potència instal·lada de 720 W.
• Capacitat de la bateria [Wh]: capacitat nominal (C) del banc de bateries utilitzat, expressada en Wh. En els sistemes autònoms calculem la capacitat de les bateries en Ah, però podem expressar-la també en Wh a partir de la seva tensió nominal (V_N<()) de la manera següent:
  
• Limitador de descàrrega: límit de descàrrega permesa de la bateria. Aquest valor dependrà del tipus de bateria. Per exemple, una bateria de Pb-àcid amb una profunditat de descàrrega de 60% (0,6), la descàrrega es limita al 40% (0,4). Per tant, aquest paràmetre està relacionat amb l’estat de càrrega (SoC) permés (SoC = 1 - PD). En la instal·lació sota estudi, el límit de descàrrega és de 50% (0,5):
  
• Consum diari: consum d’energia de tots els dispositius connectats al sistema durant un període de 24 hores. El consum de la instal·lació sota estudi és de 1.381 Wh.
• Orientació i inclinació: les òptimes utilitzades en el mes de disseny (β = 50º i α = 0º).

Font: programari en línia PVGIS

Els resultats que proporciona aquesta eina són de tres tipus diferents:

• Producció estimada. Valors de la producció elèctrica diària i de l’energia no capturada a causa d’una bateria completament carregada, tots dos expressats en Wh.
• Rendiment de la bateria. Nombre de dies en què la bateria es carrega i descarrega completament.
• Probabilitat de l’estat de càrrega de la bateria al final del dia. Histograma de l’estat de càrrega diari de la bateria.

PVGIS realitza els càlculs energètics hora a hora segons la radiació de la base de dades seleccionada (PVGIS-SARAH2), seguint els passos següents:

• L’energia generada se subministra a la càrrega.
• En el moment en què hi ha excés d’energia generada, aquesta s’utilitza per carregar la bateria.
• En el cas que l’energia generada sigui insuficient per alimentar les càrregues, l’energia s’extreu de les bateries.
• Si hi ha excés d’energia generada i la bateria està completament carregada, l’energia es perd (energia no capturada).

La figura mostra el resum dels resultats obtinguts:

• Percentatge de dies amb la bateria carregada [%]: l’energia fotovoltaica no consumida per la instal·lació s’utilitza per carregar la bateria i, per tant, en finalitzar el dia pot estar completament carregada.
• Percentatge de dies amb la bateria descarregada [%]: dies en què la bateria acaba buida, és a dir, al límit de descàrrega, ja que el sistema fotovoltaic no produeix prou energia per carregar-la.
• Energia mitjana no capturada: energia que es perd a causa del fet que la bateria està plena i es genera més energia que la que necessiten les càrregues de la instal·lació.
• Energia mitjana que falta [Wh]: energia que el sistema no pot subministrar els dies que la bateria està descarregada. Aquesta és l’energia que manca quan el consum no es pot alimentar perquè el camp fotovoltaic no genera suficient energia i la bateria està descarregada.

Font: programari en línia PVGIS

Els resultats de la simulació en la nostra instal·lació són els següents:

• Percentatge de dies bateria carregada [%]: 84,13.
• Percentatge de dies bateria descarregada [%]:0,07.
• Energia mitjana no capturada [Wh]: 1.495,12.
• Energia mitjana que falta [Wh]: 558,75.

L’energia mitjana que falta indica l’energia que el sistema no pot subministrar els dies que la bateria està descarregada. És a dir, el 0,07% dels dies de l’any que la bateria està descarregada manquen 558,75 Wh per subministrar, cosa que pot passar al mes de gener i que, per probabilitat, és menys d’un dia a l’any.

La producció energètica és l’energia que s’utilitza per alimentar les càrregues o carregar la bateria.

En la instal·lació sota estudi, la figura mostra la producció energètica estimada:

• Producció energètica. Producció d’energia mitjana per dia que produeix el sistema fotovoltaic, que inclou tota la que se subministra a les càrregues. Part d’aquesta energia és la que genera directament el generador fotovoltaic i part és la proporcionada per les bateries. La producció energètica diària en la instal·lació sota estudi està al voltant de 1.400 Wh.
• Energia no capturada. Energia mitjana diària que no s’aprofita, és a dir, l’energia produïda pel sistema fotovoltaic que es perd perquè la bateria està carregada i els consums no la necessiten.

Font: programari en línia PVGIS

En lataula podem veure el resum del balanç d’energia en el diferents mesos de l’any.

Com podem veure, de mitjana l’energia produïda sempre és superior a l’energia que demanda el consum, que és de 1.381 Wh.

La figura mostra el rendiment de la bateria, on s’indica el percentatge de dies que la bateria està completament carregada o descarregada:

Font: programari en línia PVGIS

• Cada vegada que l’estat de càrrega de la bateria arriba al 100%, s’afegeix un dia al recompte de dies en què la bateria està completament carregada.
• Quan l’estat de càrrega de la bateria arriba al límit de tall, s’afegeix un dia al recompte de dies en què la bateria està descarregada.

La figura mostra probabilitat de l’estat de càrrega de la bateria al final del dia, on s’indica el percentatge de dies en funció de l’estat de càrrega.

Font: programari en línia PVGIS

En un sistema autònom, la capacitat de la bateria està dissenyada per alimentar la instal·lació sense suport del camp fotovoltaic els dies consecutius on la capacitat de generació és reduïda, com per exemple els dies ennuvolats. Dels resultats obtinguts de la simulació podem concloure que el disseny està ben realitzat, ja el percentatge en el qual la bateria està descarregada és molt petit, inferior a l’1%:

• Percentatge de dies amb bateria carregada [%]: 84,13% dels dies a l’any.
• Percentatge de dies amb bateria descarregada [%]: 0,07% dels dies a l’any.

Podem observar, que hi ha energia que no s’ha capturat perquè les bateries estaven completament carregades i energia que no s’ha pogut subministrar a la instal·lació perquè les bateries estaven completament descarregades:

• L’energia mitjana no capturada en una instal·lació solar aïllada és inevitable, ja que la radiació depèn del mes de l’any, i la instal·lació s’ha dissenyat per al pitjor mes. De mitjana, es desaprofiten 1.495,12 Wh diaris.
• L’energia mitjana que falta indica l’energia que no es podrà subministrar a la instal·lació només els dies que les bateries es trobin descarregades. En la nostra instal·lació, aquests dies mancarà una mitja de 558,75 Wh. La solució a aquest problema és utilitzar un grup electrogen de suport

Anem a veure com varia el rendiment de la instal·lació modificant alguns paràmetres de la instal·lació:

• La potència fotovoltaica es manté a 720 W.
• La capacitat de les bateries es redueix a la meitat: 7.920 Wh.

Els resultats de la simulació els podeu comprovar a la figura. El percentatge de dies que la bateria roman descarregada al final del dia augmenta al 0,71% (2,5 dies a l’any), i pot ocórrer amb major probabilitat en tots els mesos d’hivern, on la radiació és més petita.

Font: programari en línia PVGIS

En la figura podem veure els resultats de la simulació en el cas següent:

• La potència fotovoltaica es redueix a 480 W (4 panells de 120 W).
• La capacitat de les bateries es redueix a la meitat: 7.920 Wh.

Amb aquesta configuració els dies amb bateria descarregada augmenta fins al 3,88% (14 dies a l’any), solució que no és admissible.

Font: programari en línia PVGIS

Hi ha diferents mètodes per al càlcul del dimensionament d’instal·lacions solars fotovoltaiques autònomes. El que estem utilitzant està basat principalment en l’avaluació de la demanda energètica diària.

En aquest exemple repassarem tots els criteris per tal de seleccionar els components d’una instal·lació solar autònoma a partir de la demanda energètica d’un habitatge aïllat.

El lloc d’instal·lació és un habitatge que està situat en una zona propera a la població de Manresa, amb les coordenades geogràfiques següents:

• Latitud: 41,7º.
• Longitud: 1,8º.

En la figura es resumeixen les principals especificacions que ha de reunir aquesta instal·lació.

L’ús de la instal·lació és continuat tot l’any i s’utilitzarà un grup electrogen de suport. Per tant, l’orientació òptima dels panells és de 0º i la seva inclinació òptima aproximada és de 50º:

Es requereixen com a mínim 4 dies d’autonomia.

Per calcular la radiació incident utilitzarem els valors indicats en les taules de radiació que ens determinaran l’energia global diària per al lloc, la inclinació i l’orientació que hem determinat. En el cas de l’electrificació autònoma fotovoltaica, el càlcul està encaminat a procurar el màxim d’autoproveïment energètic; per tant, a l’hora de calcular escollim les dades del mes de l’any més desfavorable, és a dir, del mes de l’any amb menys radiació solar global diària disponible.

A partir de les dades de l’Atles de radiació solar a Catalunya obtenim que la radiació a Manresa amb azimut 0º per a una inclinació d’ús tot l’any amb un grup electrogen de suport (latitud + 10º = 50º) i aplicant els factors de conversió pertinents, obtenim la radiació incident a una inclinació de 50º.

En la taula podeu veure la radiació a Manresa per a una orientació sud (0º) i una superfície inclinada de 50ª, tant en MJ/m²/dia com en kwh/m²/dia.

Com que el consum de la instal·lació és constant tot l’any, el mes de disseny és el de menys radiació. I observem que el mes de l’any més desfavorable és el desembre, amb una radiació solar de 3,07 kwh/m²/dia. Per tant, les hores solar pic (HSP) que cal considerar en el disseny són 3,07:

Per tal d’ordenar la llista d’aparells consumidors amb la potència i el consum corresponents, farem servir una taula de consums que ens permetrà determinar l’energia necessària prevista diària del conjunt d’elements que s’han d’alimentar.

La taula de consums estarà dividida en dues parts corresponents a aparells d’utilització variable i continuada tal com es mostra en la taula.

Al valor de consum diari previst que hem obtingut en la taula anterior, hi aplicarem un factor global de rendiment de la instal·lació fotovoltaica que engloba els autoconsums i rendiments particulars dels elements que la integren (regulador, acumulador i convertidor CC/CA), de manera que el resultat, que anomenem energia necessària, és l’energia bruta que cal produir en els mòduls per satisfer amb efectivitat els consums nets previstos. Aquest valor serà sempre superior a l’energia neta que es vol subministrar als consums.

Com que tots els consums de la instal·lació s’alimenten amb subministrament en CA, el rendiment global que emprarem en els nostres càlculs és de 0,75:

Dividint el valor d’energia que es necessita per als consums (taula de consums) pel rendiment global obtenim l’energia necessària que cal subministrar:

La instal·lació és d’ús diari, per tant, determinarem el càlcul dels mòduls necessaris (N) en una instal·lació autònoma amb l’expressió següent:

En el nostre cas considerarem que disposem de panells fotovoltaics de 120 W (A-120P), amb les característiques següents:

• P_MÀX: 120 W
• V_OC: 21,0 V
• I_SC: 7,70 A
• V_PMP: 16,9 V
• I_PMP: 7,10 A

Aplicant l’expressió anterior per a un rendiment del camp fotovoltaic de 0,7 obtenim 12,32 panells:

I aplicant un rendiment del camp fotovoltaic de 0,8 obtenim 10,78 panells:

Arrodonint el resultat obtindríem entre 10 i 12 mòduls A-120P, que són nombres parells i ens permetran fer associacions de dos mòduls en sèrie cada una i poder, per tant, treballar al doble de voltatge, totalitzant entre 1.200 W i 1.440 W de potència de captació. Per tant, quedaria justificat com a millor opció instal·lar sis grups de mòduls connectats en paral·lel en què cada grup estaria format per dos mòduls en sèrie, tal com podeu veure a la figura.

Determinada la configuració del generador i tenint en compte la potència fotovoltaica instal·lada, s’utilitzarà una tensió nominal de 24 V.

Per determinar la capacitat de la bateria necessitem les dades següents:

• E_NECESSÀRIA: 3.177 Wh.
• Dies d’autonomia (N): 4 dies
• Tensió nominal de la instal·lació (V_N): 24 V.
• Profunditat de descàrrega de les bateries (PD): s’utilitzaran bateries d’electrolític gelificat amb una profunditat de descàrrega recomanada màxima de 0,8.

Podem calcular la capacitat de la bateria amb l’expressió següent:

La capacitat nominal del banc de bateries ha de ser com a mínim de 662 Ah:

El model de regulador necessari en cada instal·lació queda determinat per la potència, la tensió i el corrent del camp fotovoltaic i la tensió nominal de la instal·lació.

A partir de la configuració del generador fotovoltaic de la instal·lació proposada en la figura, tenint en compte el muntatge de 12 mòduls de 120 W col·locats en sis grups connectats en paral·lel i que cada mòdul té una intensitat màxima de treball de 7,7 A segons les especificacions del fabricant, obtenim les seves característiques:

Com a punt de partida s’opta per utilitzar un regulador PWM:

• La selecció del regulador de càrrega ve determinada per la tensió nominal (V_N) de la instal·lació, és a dir, 24 V.
• El corrent màxim d’entrada del regulador (I_MÀX) que s’ha de considerar és el corrent de curtcircuit màxim del generador fotovoltaic (I_{SC GEN MÀX}), sobredimensionat 1,25 per evitar danys al regulador:
  
• La tensió màxima d’entrada del regulador (V_MÀX) serà la tensió màxima en circuit obert del generador (V_{OC GEN MÀX}), considerant un factor de sobredimensionat d’1,2 que preveu les pitjors condicions de temperatura:
  

Per tant, cal seleccionar un regulador de 60 A a una tensió nominal de 24 V i de tensió màxima uns 50 V.

Escollirem l’inversor adient per a la instal·lació a partir de la taula de consums (taula), determinant el valor total de potència instal·lada:

Com que la potència instal·lada és elevada, utilitzarem coeficients de simultaneïtat per determinar la potència de l’inversor:

La potència de l’inversor ha d’estar compresa entre els valors següents:

Per tant, muntarem un inversor de 1.000 W o de 1.500 W en funció del rang disponible en el catàleg del fabricant escollit, de tensió nominal 24 V.

Les instal·lacions solars fotovoltaiques autònomes disposaran dels elements bàsics de protecció que podeu veure a la figura. Aquestes proteccions les podem classificar en funció del punt d’instal·lació:

• Proteccions a la part de CC
• Proteccions a la part de CA

A les instal·lacions autònomes, el voltatge de la instal·lació en CC acostuma a ser inferior als 75 V, un valor dins el rang considerat com a molt baixa tensió (ITC-BT-36), i, per tant, no presenta perill en cas de contactes directes o indirectes; en aquest sentit, no és necessari instal·lar aquest tipus de protecció.

Per garantir la protecció contra sobretensions transitòries cal instal·lar un protector contra sobretensions (varistor) en el generador fotovoltaic.

Els fusibles de línia en el generador fotovoltaic són elements de protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits, encara que com el corrent de sortida del generador fotovoltaic queda limitat pel seu corrent de curtcircuit, el fusible protegeix la línia elèctrica contra curtcircuits d’origen extern. En cap cas, aquest element pot utilitzar-se com a seccionadors amb càrrega, ja que per aquesta funció s’han d’utilitzar els interruptors manuals o automàtics.

Els fusibles de línia de l’acumulador actuen com a protecció general de la bateria en cas que es produeixin sobrecorrents, deguts sobretot a curtcircuits, que puguin danyar la bateria, el regulador de càrrega o els conductors que la connecten al regulador.

L’interruptor automàtic de tall de l’entrada de l’inversor té com a funció principal el seccionament en càrrega del camp fotovoltaic.

L’interruptor automàtic de la sortida de CA de l’inversor és l’element de protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits, encara que també permet el seccionament amb càrrega de la sortida CA de l’inversor, que permet realitzar de manera segura les operacions de manteniment d’aquests equips. No és necessari en cas que l’inversor n’incorpori un.

El quadre de proteccions de la línia de subministrament de la instal·lació ha de tenir, com a mínim, els elements següents:

• IGA (interruptor general automàtic). Element de protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits que, alhora, té la funció de seccionar la línia per tal de fer operacions de manteniment, etc.
• Interruptor automàtic diferencial, per a la protecció contra contactes indirectes.

• PIA (magnetotèrmic) per protegir la derivació dels diferents circuits de la instal·lació interior.
• Protector de sobretensions transitòries, de la part de CA.

La presa de terra de protecció evita que es generin tensions perilloses a les parts de la instal·lació que entrin en tensió, de manera accidental, per algun defecte elèctric o d’origen atmosfèric. A la terra de protecció s’hi han de connectar les parts metàl·liques dels panells fotovoltaics, les estructures de suport i la terra del xassís de l’inversor i del regulador de càrrega.

La terra de servei és la que permet que funcioni l’interruptor diferencial davant de qualsevol defecte en la línia CA entre l’inversor mateix i els receptors de la instal·lació (habitatge, etc.). En aquest cas, cal que les masses metàl·liques dels equips receptors de la instal·lació estiguin connectades a una terra pròpia i diferent de la terra del neutre.

El dimensionament i muntatge de les preses de terra ha de complir les especificacions tècniques establertes en el REBT, en les instruccions tècniques ITC-BT-18, ITC-BT-19 i ITC-BT-26.