CURSO DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS
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Una parte fundamental de una instalación fotovoltaica y a la que se le suele prestar poca atención es la de los bastidores de sujeción. Son dos los aspectos importantes a tener en cuenta: la correcta orientación y la sujeción en si misma. En cuanto al segundo aspecto, hay que pensar que habrá situaciones en las que los paneles se van a colocar en tejados, y en el caso que se les tenga que dar una inclinación extra a la propia que tenga el tejado, los paneles se van a convertir en una especie de "vela de barco" que ante grandes rachas de viento podrían presentar un evidente peligro. De igual modo, ante grandes rachas de viento, los paneles que están situados en superficies planos (terrazas, huertos solares...), también se pueden comportar como una vela y si la sujeción no es la adecuada, los daños que se pueden producir en la estructura y la instalación podrían ser importantes.
Por otra parte, conviene comprar materiales de primera calidad fabricados específicamente para este cometido. En este campo, existe una gran variedad de elementos estructurales que poseen además una terminología propia. A modo de ejemplo se presentan aquí los documentos elaborados por la empresa que suministró al IES Pedro Cerrada el equipamiento completo para realizar una instalación solar fotovoltaica aislada . En ellos se pueden ver con todo detalle todos los elementos que componen la instalación, así como una completa leyenda con la nomenclatura técnica que describe a todos esos elementos y su ubicación concreta en la estructura.
Estructura del IES Pedro Cerrada. Documento 1.
Estructura del IES Pedro Cerrada. Documento 2.
Esta estructura tiene la característica de ser regulable su inclinación. De
este modo se pueden orientar las placas pensando en diversos supuestos. Cuando
se trata de instalaciones experimentales como la que nos ocupa, se recomienda
adquirir este tipo de bastidores ya que permiten hacer muchas más pruebas.
Un panel solar no es más que un conjunto de células solares como las que hemos estudiado en la práctica 4, dispuestas normalmente en serie para conseguir el voltaje deseado para ese panel. Si atendemos al de la siguiente fotografía, observamos que es una matriz de 9x4 células, lo que hace un total de 36. Suponiendo que cada célula ofrezca una tensión de 0,55V (estos valores siempre se dan para las mejores condiciones de radiación), tendríamos que la placa puede ofrecer 21V.
Además de las células, los demás componentes que son necesarios en un panel para que tenga la forma final que conocemos, son los siguientes:
Tal y como se ha estudiado en la práctica 4 con las células, los paneles se pueden conectar entre sí del mismo modo:
Serie
La V total será el producto de un panel por el número de paneles, y la I total será la de un panel.
NOTA IMPORTANTE:
Al instalar paneles en serie, observamos que la V total aumenta a medida tenemos más paneles conectados. Esto quiere decir que nos podemos encontrar con una tensión muy alta y por tanto muy peligrosa en los terminales. Por lo tanto, habrá que prestar especial atención a esta circunstancia y tener mucho cuidado al manipular dichos terminales de salida. Hay que pensar que aunque no estemos conectados a la instalación, en el momento en que los paneles reciben la luz del Sol producen tensión.
Paralelo
La V total será la de un panel, y la I total será el producto de la I de un panel por el número de paneles.
Mixta
En esta configuración la V total es el producto de la V de un módulo por el número de paneles en serie de una rama, y la I total es el producto de la I de un módulo por el número de ramas en paralelo que haya.
La orientación de los paneles es un punto clave a la hora de diseñar la instalación. Lo ideal sería un sistema de seguimiento automático del Sol (seguidor solar) que mantuviera a los paneles siempre en posición perpendicular al Sol. Pero estos sistemas resultan caros además de delicados, ya que su estructura mecánica y de distribución de los paneles los hace más sensibles al viento, por lo que el riesgo de avería es muy alto.
Por lo tanto, el escenario más habitual es colocar los paneles en una posición estática, calculando previamente cuál es el mejor grado de inclinación en función de la situación geográfica de la instalación, y del uso que se le va a dar a la misma.
Existe también la posibilidad, como se ha visto en el primer punto de este tema hablando de los bastidores, de modificar la inclinación según la época del año, y en ese caso lo más habitual es usar dos posiciones, la de verano y la de invierno. En la mayoría de los casos no es operativo andar cambiando la inclinación muy a menudo. Y realmente el caso más habitual es que los paneles queden fijos.
Los parámetros que es necesario conocer a la hora de calcular la orientación de los paneles, son los siguientes:
AZIMUT (A)
Es el angulo de giro del Sol con respecto al sur. El Azimut 0º corresponde al momento en el que el Sol está justo en el sur.
ALTURA SOLAR (h)
Es el ángulo que forma la línea imaginaria que une
al observador mirando al Sol con respecto a la superficie horizontal.
La imagen anterior pretende clarificar este concepto.
La altura solar, como todos sabemos, varía durante el día desde los 0º
al salir el Sol, pasando por su valor más alto justo al medio día, y
volviendo a ser 0º al ocaso. El valor de la altura máxima varía durante
el año, siendo su valor más alto el día del solsticio de verano (21 de
junio) y el más bajo el día del solsticio de invierno (21 de
diciembre). Esto es así para el hemisferio norte; en el hemisferio sur
sucede al contrario. Y esta variación es debida al siguiente parámetro
a estudiar: la declinación.
DECLINACIÓN
La declinación "δ" es el ángulo que forma el rayo solar con el plano del
ecuador. Este ángulo es el que determina las estaciones climáticas.
- Equinoccio de primavera: 21 de marzo. δ = 0º
- Solsticio de verano: 21 de junio. δ = +23,5º
- Equinoccio de otoño: 21 de septiembre. δ = 0º
- Solsticio de invierno: 21 de diciembre. δ = -23,5º
La siguiente fórmula es la que permite calcular la declinación para cualquier día del año:
Sabiendola declinación en un día concreto, se puede calcular la altura solar (h) para ese día en un determinado lugar. La fórmula es la siguiente:
Una vez conocidos los parámetros anteriores y las correspondientes fórmulas, ya estamos en disposición de determinar la inclinación óptima de los paneles. Sabemos que la situación más favorable es darles una inclinación tal que estén perpendiculares al Sol del mediodía. La fórmula que determina eso es la siguiente:
Pero el problema es que ese valor de inclinación sale para un momento concreto del año. Entonces, lo que se debe determinar es qué momento del año es mejor favorecer. Dependiendo del tipo de consumo previsto para la instalación, será mejor favorecer unos momentos u otros del año. Para facilitar la elección, se han establecido unos criterios que de manera aproximada dan respuesta a este problema.
Consumo regular todo el año
Hay que intentar captar la mayor radiación posible en los meses más
desfavorables. Para ello, sumaremos 10º a la latitud del lugar, y
obtendremos la inclinación más óptima para ese escenario.
Consumos inferiores en invierno
En esta situación hay que intentar optimizar para los meses de otoño y primavera.
Se elige la misma inclinación que la latitud.
Consumo preferente en verano
Es el caso típico de las
viviendas de verano, a las que apenas se va durante el resto del año.
Para este caso conviene elegir un ángulo que sea la latitud - 20º.
Instalaciones donde es posible cambiar la inclinación en el bastidor
En este caso, lo que se suele
hacer es elegir dos posiciones distintas durante el año, una para los
meses de abril a septiembre (ambos incluidos) y otra para el resto del
año. Habría que elegir las inclinaciones atendiendo al lugar concreto
en el que se efectúe la instalación. Pensando en España, estas inclinaciones se pueden
hacer coincidir con la calculada para Consumo preferente de verano
en los meses de abril a septiembre (ambos incluidos) y con la calculada para
Consumo regular todo el año en el resto del año.
