GENERACIÓN DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

A pesar que el coste del kWp instalado, sigue siendo muy elevado, disfrutan de una serie de ventajas los hace muy atractivos:

Su eficiencia es prácticamente independiente de la potencia instalada.
El nivel tecnológico necesario para su instalación es muy simple.
Requieren una infraestructura muy simple, comparada con otros sistemas de generación eléctrica.
No tienen elementos mecánicos ni partes móviles, excepto si se trata de paneles orientables.
Su mantenimiento, excepto el de los acumuladores de electricidad, es casi nulo.
No son ruidosos, no requieren refrigeración ni emiten gases.
Consumen una energía gratuita, inagotable y que es respetuosa con el medioambiente.
Son totalmente autónomos, pueden instalarse en puntos de difícil acceso y en lugares remotos.

En el mercado se encuentran paneles que pueden sustituir elementos arquitectónicos en cubiertas y fachadas, cumpliendo dos funciones: actuar como cerramiento y generar energía.

Este libro se ha escrito con el deseo que pueda servir de introducción al cálculo de instalaciones autónomas e instalaciones conectadas a la red, prestando especial atención al aspecto pedagógico de la materia tratada.

También se ha tenido en cuenta, al tratar las aplicaciones prácticas, la documentación oficial publicada por el IDAE y el Gobierno (Pliegos de Condiciones Técnicas y Código Técnico de la Edificación.

ÍNDICE DEL LIBRO:

INTRODUCCIÓN.
1.1 Interés de la energía fotovoltaica . 1
1.2 Generación de electricidad a partir de la energía solar 1
1.3 Aplicaciones de los sistemas fotovoltaicos 2
1.4 Clasificación de instalaciones fotovoltaicas  3
2. EL SISTEMA SOL – TIERRA.
2.1 Introducción . 5
2.2 Movimiento de la Tierra alrededor del Sol  5
2.3 Hora solar y hora oficial  7
2.4 Movimiento relativo del Sol respecto un punto
de la superficie terrestre . 9
2.5 Radiación solar sobre una superficie . 12
2.5.1 Constante solar . 12
2.5.2 La radiación solar debajo de la atmósfera  13
2.5.3 Ángulo de incidencia sobre una superficie orientada . 14
2.5.4 Tablas de irradiación  15
2.5.5 Número de horas solar pico equivalentes (HSP)  16
2.5.6 Orientación óptima de una superficie  17
2.6 Sombra de un obstáculo sobre un punto  18
2.7 Sombra de un obstáculo sobre un plano  21
2.7.1 Sombra de una fila de paneles sobre la siguiente situada
al mismo nivel 21
2.7.2 Sombra de una fila de paneles sobre la siguiente situada
a distinto nivel 23
2.7.3 Sombra de la línea del horizonte sobre un plano horizontal  24
2.7.4 Sombra de un objeto cualquiera sobre un plano, método analítico  27
3. EL PANEL FOTOVOLTAICO.
3.1 Introducción . 29
3.2 Tipos de células . 31
3.2.1 Células de silicio cristalino  31
3.2.2 Células de silicio amorfo hidrogenado . 31
3.2.3 Células de SCd / SCu . 32
3.2.4 Células de AsGa / AsGaAl  32
3.2.5 Dispositivos concentradores  32
3.2.6 Absorción bifacial  33
3.2.7 Células de capa fina . 33
3.2.8 Células esféricas  33
3.3 Estructura de un panel FV de silicio  34
3.4 Características de una célula o panel . 35
3.4.1 Curva característica I – V . 35
3.4.2 Resistencia serie, resistencia paralelo y factor de forma  36
3.4.3 Influencia de la intensidad de la luz y de la
temperatura del panel  37
3.4.4 Conexión de paneles en serie y paralelo  39
3.5 Ensayo de los paneles fotovoltaicos  40
3.6 Datos de catálogo de los paneles . 41
3.7 Estimación de la energía diaria generada . 43
4. COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN.
4.1 Introducción . 45
4.2 Acumuladores o baterías  46
4.2.1 Tipos de baterías  48
4.2.2 Características  49
4.2.3 Mantenimiento.  51
4.2.4 Conexión de las baterías y dimensionado de la carga de
acumulación  52
4.3 Regulador de carga de las baterías . 54
4.3.1 Tipos de reguladores  55
4.3.2 Características de los reguladores  56
4.3.3 Protección de los reguladores  57
4.3.4 Asociación de los reguladores y dimensionado . 58
4.4 Inversor o convertidor  59
4.4.1 Tipos de convertidores . 59
4.4.2 Características de los convertidores . 61
4.4.3 Protección de los convertidores . 62
4.4.4 Asociación de los convertidores y dimensionado  62
4.5 Equipos de conexión a la red . 62
5. CAMPO DE COLECTORES.
5.1 Introducción . 63
5.2 Instalación integrada (BIPV) o superpuesta a un edificio 64
5.2.1 Cubiertas de edificios . 65
5.2.2 Cerramientos verticales  67
5.2.3 Viseras . 69
5.2.4 Datos de sistemas integrados construidos  70
5.3 Separación entre paneles estáticos . 71
5.3.1 Separación entre filas de paneles situados sobre un plano
horizontal . 71
5.3.2 Separación entre filas de paneles situados sobre un plano
inclinado  75
5.4 Cálculo de las pérdidas por sombras en paneles estáticos . 75
5.5 Cálculo de las pérdidas por orientación en paneles estáticos . 80
5.6 Cálculo de la generación de energía  83
5.7 Anclaje y soporte de los paneles  86
5.7.1 Peso del panel y carga de la nieve  87
5.7.2 Acción del viento . 89
5.7.3 Tensiones de origen térmico  91
5.7.4 Instalación sobre cubierta horizontal . 92
5.7.5 Instalación sobre cubierta inclinada . 94
5.7.6 Instalación en visera o voladizo . 94
5.7.7 Instalación sobre el terreno  94
5.7.8 Instalación sobre mástil 96
5.8 Paneles orientables . 96
6. ELECCIÓN DEL CABLE.
6.1 Introducción . 99
6.2 Conocimientos básicos  99
6.2.1 Cálculo de la caída de tensión  99
6.2.2 Pérdida de energía y calentamiento del conductor . 101
6.3 Tipos de cable y red de distribución  102
6.4 Elección de la sección y tipo cable  105
6.5 Cálculo de la sección económica para una instalación
conectada a la red  108
7. INSTALACIONES AISLADAS DE LA RED.
7.1 Introducción . 115
7.2 Sistema FV doméstico . 115
7.2.1 Cálculo de la potencia máxima y de la energía diaria demandada . 116
7.2.2 Dimensionado del generador . 119
7.2.3 Capacidad del acumulador . 124
7.2.4 Características del regulador  125
7.2.5 Inversor  125
7.3 Sistema FV aplicado al bombeo de agua . 126
7.3.1 Potencia demandad por una bomba . 126
7.3.2 Cantidad máxima de agua extraíble y desnivel entre la superficie
libre y la bomba  128
7.3.3 Elección del tipo de la bomba  130
7.3.4 Componentes del sistema . 131
7.3.5 Dimensionado del generador . 131
7.3.6 Dimensionado de la bomba  132
7.4 Sistema de protección y seguridad . 133
7.5 Mantenimiento del sistema FV  134
7.5.1 Mantenimiento del generador fotovoltaico  134
7.5.2 Mantenimiento del acumulador eléctrico . 135
7.5.3 Mantenimiento del equipo regulador-inversor . 135
7.5.4 Mantenimiento del cableado y equipo de conexión . 135
7.5.5 Periodicidad de las labores de mantenimiento preventivo . 136
7.6 Análisis económico  136
7.6.1 Coste neto de la instalación FV . 137
7.6.2 Ahorro anual neto  137
7.6.3 Tiempo de retorno de la inversión:
simple (PB) y actualizado (PBA)  138
8. INSTALACIONES CONECTADAS A LA RED.
8.1 Introducción . 141
8.2 Tipos de sistemas . 142
8.3 Componentes . 143
8.4 Parques solares . 144
8.4.1 Esquema genérico de un parque solar  144
8.4.2 Condiciones técnicas mínimas de carácter general  145
8.4.3 Condiciones específicas de interconexión . 146
8.4.4 Protecciones del sistema eléctrico  146
8.4.5 Medición y facturación de la corriente generada y consumida  148
8.5 Estimación de la producción anual de energía . 149
8.6 Mantenimiento . 151
8.7 Análisis económico  152
8.7.1 Coste neto de la instalación FV y beneficio anual neto . 152
8.7.2 Tiempo de retorno de la inversión:
simple (PB) y actualizado (PBA) . 153
8.7.3 Valor actual neto de la inversión (VAN) . 153
8.7.4 Tasa de rendimiento interno de la inversión (TRI)  154
9. CUMPLIMIENTO DEL CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN.
9.1 Introducción . 159
9.2 Cálculo de la potencia eléctrica mínima que debe instalarse . 160
9.3 Pérdidas por inclinación, orientación y sombras . 163
9.3.1 Cálculo de las pérdidas por orientación e inclinación  163
9.3.2 Cálculo de las pérdidas por sombras  166
9.4 Mantenimiento . 169
9.4.1 Plan de vigilancia . 169
9.4.2 Plan de mantenimiento preventivo . 169
APÉNDICE 1. TABLAS, GRÁFICOS, UNIDADES Y EQUIVALENCIAS.
A1.1 Tablas  171
A1.2 Gráficos . 187
A1.3 Unidades y equivalencias  191
APÉNDICE 2. GLOSARIO, SIGLAS Y SÍMBOLOS.
A2.1 Glosario . 193
A2.2 Siglas . 202
A2.3 Símbolos . 204
APÉNDICE 3. NORMAS.
BIBLIOGRAFÍA.