Annexos

de referència per tal d’establir els paràmetres bàsics de dimensionament de les instal·lacions fotovoltaiques autònomes.

de referència per tal d’establir els paràmetres bàsics de disseny de les instal·lacions fotovoltaiques connectades a la xarxa.

de compliment obligat per la qual s’estableix l’obligatorietat d’instal·lar sistemes de generació d’energia elèctrica procedents de fonts renovables en grans edificis de nova construcció.

que regula el sector elèctric.

pel qual s’estableixen els requisits tècnics de partida de les instal·lacions fotovoltaiques connectades a la xarxa elèctrica.

pel qual es regulen les activitats de transport, distribució, comercialització, subministrament i procediments d’autorització d’instal·lacions d’energia elèctrica.

al Decret llei anterior.

ITC-BT-40, marc regulador de les instal·lacions generadores de baixa tensió.

pel qual es regula la connexió a xarxa d’instal·lacions de producció d’energia elèctrica de petita potència.

al Decret llei anterior.

Hi ha diferents mètodes per al càlcul del dimensionament d’instal·lacions solars fotovoltaiques autònomes. En aquest cas desenvoluparem un mètode basat principalment en l’avaluació de la demanda energètica diària. Per a això determinarem la demanda d’un habitatge aïllat.

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.

El rendiment global que emprarem en els nostres càlculs és:

• 0,75 per a instal·lacions amb subministrament en CA
• 0,80 per a instal·lacions amb subministrament en CC

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

En aquest cas tindrem en compte que el subministrament de corrent es farà a 220 V CA; per tant, apliquem un rendiment global de la instal·lació de 0,75 per tal d’obtenir l’energia necessària que cal produir.

Per calcular la radiació incident utilitzarem els valors indicats en les taules de radiació que ens determinaran l’energia global diària incident 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’autoabastiment 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.

Per contra, en les instal·lacions amb connexió a la xarxa, en què el subministrament elèctric està garantit, s’ha d’escollir la inclinació que optimitzi la producció anual d’electricitat, tret que hi hagi limitants físics en l’edificació.

Com que els fabricants de mòduls fotovoltaics expressen la potència de generació dels seus productes en watts i a més en unes condicions estàndard de radiació de 1.000 W/m² i temperatura de cèl·lula de 25 ºC, farem un canvi d’unitats per passar dels MJ/m²/dia de les taules de radiació, com en el cas de l’Atles de radiació solar a Catalunya, a hsp dividint el valor indicat en la taula entre 3,6 atesa la relació existent entre aquestes unitats.

Aquest valor són les hores que hauria de lluir el sol a una intensitat fixa de 1.000 W/m² per produir la mateixa energia que arriba en realitat el dia mitjà del mes escollit, en què el sol varia d’intensitat contínuament durant el dia.

En aquest cas considerareu que l’habitatge està situat en la zona propera a la població de Manresa.

A partir de les dades de l’Atles de radiació solar a Catalunya obtenim que la radiació a Manresa amb azimut 0 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 hsp.

I observem que el mes de l’any més desfavorable és el desembre, amb una radiació solar de 3,07 hsp.

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

El càlcul dels mòduls necessaris en una instal·lació autònoma quedarà determinat per l’expressió següent:

1. Instal·lacions d’ús diari:

2. Instal·lacions de cap de setmana:

La potència pic del mòdul ens la subministra el fabricant i sol integrar la nomenclatura o referència de model dels fabricants. D’aquesta manera trobem el mòdul I-110, que té una potència pic de 110 W, o l’A-55, de 55 W.

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, per la tolerància del fabricant , no són exactament de la mateixa potència. En instal·lacions autònomes aquest rendiment pren normalment valors de 0,70 a 0,80.

La radiació solar correspon al mes de pitjor relació entre irradiació i consum; generalment, és el mes de desembre quan es tracta d’electrificacions d’habitatges.

En el nostre cas considerarem que disposem de panells fotovoltaics de 120 Wp.

Aplicant l’expressió anterior obtenim entre:

I:

Arrodonint el resultat obtindríem entre 10 i 12 mòduls A-120, 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 Wp i 1.440 Wp 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.

La bateria és el magatzem d’energia de la instal·lació fotovoltaica. Per tant, la capacitat està determinada pel consum diari i pel nivell d’autonomia que vulguem obtenir, variable que està en funció del tipus d’instal·lació. A continuació es donen alguns criteris per determinar-la:

• Electrificació rural d’us diari (quatre a sis dies): aquest valor es pot reduir a tres si hi ha un grup electrogen de suport amb engegada automàtica.
• Electrificació d’habitatges de cap de setmana (dos a tres dies).

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

La profunditat de descàrrega mitjana d’una bateria que tindrem en compte en el càlcul depèn del tipus emprat:

• 0,6 a 0,8: per a acumuladors estacionaris d’alt volum d’electròlit.
• 0,4 a 0,5: per a acumuladors del tipus monobloc.
• 0,2 a 0,3: per acumuladors d’arran (automòbil).

El voltatge de l’acumulador haurà de ser escollit de manera que sigui prou elevat per obtenir uns corrents de càrrega/descàrrega raonables (I < 60 A), i també un acoblament correcte amb el voltatge del grup de mòduls fotovoltaics (12, 24 o 48 V).

En el nostre cas determinarem la capacitat de la bateria per a una autonomia de quatre dies i emprant bateries estacionàries de darrera generació.

El subíndex C₁₀₀ indica que aquesta capacitat de bateria serà la subministrada en cicles de descàrrega de cent hores de durada, que és el valor més emprat per instal·lacions d’electrificació rural.

Els reguladors de càrrega es caracteritzen per la intensitat màxima que poden suportar, i també pel voltatge nominal de treball. Podem definir com a valors estàndard d’intensitat de control dels models en el mercat els 8A, 11A, 15A, 30A i 50A. I pel que fa a voltatges, 12V, 24V o 48V.

El model de regulador necessari en cada instal·lació queda determinat per la potència màxima del camp de mòduls, tenint en compte que aquesta intensitat és igual a la suma d’intensitats de tots el mòduls connectats en paral·lel.

I_màx del regulador > 1,10 × intensitat màxima del camp de mòduls

En el nostre cas el regulador de càrrega adient per a la instal·lació és:

I_màx del regulador > 1,10 × intensitat màxima del camp de mòduls

Tenint en compte el muntatge de deu mòduls de 120 W col·locats en sis grups connectats en paral·lel i que cada mòdul té una intensitat màxima de treball de 7,05 A segons les especificacions del fabricant, obtenim:

I_màx del regulador > 1,10 × 6 grups paral·lel de mòduls × 7,05 A/grup = 46,53 A

Per tant, posaríem un regulador de 50 A a 24 V.

La potència nominal del convertidor adient és 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 ja que, a la pràctica, mai no funcionen tots els equips de consum alhora.

(suma de la potència nominal de tots els aparells de consum) · 0,5 < P_convertidor < (suma de la potència nominal de tots els aparells de consum) · 0,75

El resultat d’aquesta operació ens determina la potència nominal del convertidor, 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 determina la potència mínima del convertidor. En aquest sentit cal tenir en compte que alguns electrodomèstics que incorporen motor demanen puntes de potència d’arran superiors a les nominals (fins a quatre vegades més), per exemple, els televisors en color i les neveres.

En el nostre cas escollirem el convertidor cc/ca adient per a la instal·lació a partir de la taula de consums, determinant el valor total de potència instal·lada en els consums:

• (suma de la potència nominal de tots els aparells de consum) · 0,5 = 2.189·0,5 = 1.094 W
• (suma de la potència nominal de tots els aparells de consum) · 0,75 = 2.189·0,75 = 1.642 W

Potència del convertidor:

1.094 W < Potència del convertidor < 1.642 W

Per tant, muntarem un convertidor de 1.000 o de 1.500 W en funció del rang disponible en el catàleg del fabricant escollit.