Energia solar aplicada a las redes eléctricas

This document will look like the generation of sustainable solar energy connected to the public network and how it can also be profitably applied to a detached house well architectures in their elements used and their covers, also see the advantages that the PV systems.

En este documento se verá como la generación de energía solares sustentable conectada a la red pública y como también puede ser rentable aplicada a una vivienda unifamiliar así también sus arquitecturas en sus elementos que se utilizan y sus protecciones, se verá también las ventajas que tienen los sistemas fotovoltaico

Palabras claves: Energía solar fotovoltaica, Protecciones eléctricas, Paneles solares

Introducción

1._ Sistemas Fotovoltaicos

La energía foto voltaica es un recurso renovable ya que proviene del sol y para que esa energía se produzca se realiza mediante paneles solares que la unidad fundamental es la célula solar, los sistemas fotovoltaico están formados por paneles solares o módulos fotovoltaicos, el sistema de electrónica de potencia y el convertidor o inversor DC/AC (corriente directa o continua/corriente alterna). [1]

"La característica eléctrica más importante de un módulo Fotovoltaico es la respuesta en potencia, normalmente expresada en Wp (vatios pico). Esta representa la potencia eléctrica que entrega un módulo solar cuando se lo expone a la radiación solar de 1kW/m2 de intensidad operando a 25ºC de temperatura", estos paneles transforman directamente la energía solar en corriente continua y pueden admitir tanto radiación directa como difusa generando energía eléctrica incluso en días nublados. [1], [3]

Lo producido por los paneles solares es consumido y almacenado el exceso de energía en baterías para luego ser consumida cuando haya ausencia de luz, dicha energía debe de proporcional la potencia en corriente alterna suficiente para el uso de los electrodomésticos en el hogar y esto se da gracias a los inversores; también se utilizan otros tipos de sistemas como es el aislado que se utiliza en la electrificación rural, esto quieres decir que en la electrificación rural los sistemas fotovoltaicos de las casas satisfacen sus necesidades e incluso pueden vender la potencia restante a la red pública. [1]

2.- Sistemas solares fotovoltaicos conectados o de conexión a red eléctrica

"¿Cómo funciona una instalación solar fotovoltaica conectada a la red?

El funcionamiento básico de una instalación solar fotovoltaica de conexión a la red, consiste en la producción de energía eléctrica por medio de un campo solar, módulos fotovoltaicos, y mediante un inversor ondulador, que transforma la corriente continua de los paneles solares en corriente alterna, a 230/400 v y 50 Hz o 60Hz de idénticas características que las que dispone la red eléctrica., y por último se dispondrá de un equipo de medida, contador, para poder medir la energía producida, este contador siempre será independiente del contador de entrada a la vivienda o local." [2]

Los sistemas solares los paneles generan energías a bajas tensiones en corriente continua de 380 a 800V y para obtener corriente alterna se transforma mediante inversores que luego esta corriente eléctrica se eleva a media tensión mediante los centros de transformación que dan una tensión de 13 a 25kV y ese voltaje es el que se distribuirá por las redes públicas. [3]

En la Figura 1 se ve una representación grafica de la generación de la energía eléctrica mediante los sistemas fotovoltaicos y la distribución a la red eléctrica.

Figura 1. Generación de la energía eléctrica mediante energía solar. [4]

"Hay compañías que distribuyen energía eléctrica a casas o empresas, como ocurre actualmente en países como España, Alemania o Japón. Estas compañías de distribución eléctrica están obligadas por ley a comprar la energía inyectada a su red por estas centrales fotovoltaicas, que puede ser una casa". España al ser uno de los países con más potencia fotovoltaica tiene una potencia acumulada de 3,523MW. [4]

En otros países la generación de energía también se puede tener capacidades de potencia que va de 100W a 3000kW"La generación distribuida se refiere al uso estratégico de pequeñas unidades modulares de generación eléctrica, instaladas dentro de las áreas de servicio de una empresa eléctrica, que pueden estar aisladas para proporcionar un servicio específico, o interconectadas a las redes de distribución o sub transmisión de electricidad". [5]

En los sistemas fotovoltaicos también pueden existir centrales de generación llamadas Micro Redes; Las Micro Redes son pequeñas generadoras de energía que tienen sistemas inteligentes de distribución eléctrica que funcionan conectados a la red pública o pueden ir asilados. "La micro red es una sección independiente de la red de distribución eléctrica que contiene capacidades de generar, transmisión y distribución de energía dentro de una área localizada." Como se muestra en la Figura 2. [6]

Figura 2. Una Micro Red conectada a una subestación. [6]

Una Miro Red tiene la capacidad de aumentar la calidad y fiabilidad de la energía suministrada a la carga. [6]

En un sistema solar fotovoltaico se puede conectar permanentemente a la red eléctrica para que cuando se tenga la presencia de grandes cantidades de luz solar o de la irradiación solar sea el sistema fotovoltaico el que de energía eléctrica, mientras que en pocas cantidades o en la ausencia de luz solar la Red eléctrica será la que entregue la energía eléctrica para satisfacer la demanda. [7] [8]

"Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica constituyen una de las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica que más atención están recibiendo en los últimos años, dado su elevado potencial de utilización en zonas urbanizadas próximas a la red eléctrica." [9]

2.1.- Protecciones eléctricas

Las instalaciones fotovoltaicas deberán constar de las siguientes protecciones como son protección contra sobre corrientes que van en la parte de la generación continua como son en los paneles solares ya que funcionan como fuentes de corriente y estos trabajan a corrientes próximas a la de corto circuito, una protección que se podría utilizar es un Interruptor Magnetotérmico que es un dispositivo que interrumpe la corriente eléctrica cuando esta sobrepasa los valores máximos. Otro tipo de protección es protección contra contactos indirectos se consigue mediante la puesta a tierra de todos los elementos metálicos como lo son los soportes de los paneles solares, para la protección contra contactos indirectos en corriente alterna se utilizan interruptores diferenciales que son dispositivos electromecánicos que se utilizan para la protección de las personas de las derivaciones causadas por la falta de aislamiento de conductores activos ya que estos dispositivos miden la corriente de entrada y de salida en el circuito que estén conectados. [10] [11]

Estas serian unas de las pocas protecciones que se deben de tomar en cuenta.

2.2.- Ventajas de los sistemas solares fotovoltaicos conectados o de conexión a red pública

Las ventajas que tienen los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica son los siguientes:

Es el mejoramiento de la energía eléctrica suministrada por la red siendo la máxima producción del sistema fotovoltaico en las horas las empresas eléctricas tengan problemas de suministro. Sus construcciones son cercanas a la demanda eléctrica y son más fáciles de construir ya que se pueden expandir en la medida que la demanda se incrementa. No consumen combustibles fósiles por lo que no contaminan el agua ni el aire. [9] [12]

Este tipo de generación de energía nos silenciosas ya que sus partes no son móviles y además tienen una gran fiabilidad, dispone de una vida larga ya que sus celdas duran décadas ya que disponen de poco mantenimiento y al no consumir combustibles fósiles no produce daños al media ambiente. [12], [13]

Inconvenientes:

Los inconvenientes en este tipo de sistemas es la construcción de los paneles solares ya que su construcción es compleja y cara. Económicamente no es competitiva con otras energías, además ocupa gran espacio por los captadores que utiliza y tiene un rendimiento del 13%. [12]

3.- Energía solar en viviendas unifamiliares:

Así como en las centrales con sistemas fotovoltaicas que producen energía eléctrica para su distribución, también se puede tener un sistema fotovoltaico conectado a una casa o edificio.

3.1.- Arquitectura del sistema.

En una vivienda al conectar un sistema fotovoltaico se toma en cuenta que hay que satisfacer las necesidades de consumo propio de electricidad y en el que consta de los siguientes elementos como se muestra en la Figura 3. [14]

Figura 3. Componentes de una instalación fotovoltaica. [14]

Los componentes que se usan son similares que en los sistemas conectados a la red a excepción de que algunos son de baja potencia:

Paneles solares que transforman la radiación solar en energía eléctrica generando una corriente continua, para tener una tensión nominal quedara determinado por la potencia y la cantidad de paneles solares que estos estarán conectados en serie o en paralelo, los reguladores o controladores de carga son los que controlan la carga de las baterías desde los paneles hacia el circuito de la vivienda y evitan que se produzcan cargas o descargas de excesivas en las baterías, las baterías son las que almacenan la energía producida durante el día, el inversor convierte la corriente continua en corriente alterna para ser utilizada en los electrodomésticos. [14]

En la Figura 4 se puede ver la implementación de los elementos del sistema fotovoltaico en una vivienda.

Figura 4. Esquema de instalación fotovoltaica para autoconsumo [14]

En la Tabla 1 podemos ver una descripción de los valores estimados del consumo para una vivienda rural unifamiliar.

Tabla 1. Valores de consumo medido diario estimados para un vivienda rural unifamiliar. [15]

"Las instalaciones fotovoltaicas integradas en los edificios y conectadas a la red eléctrica representan por consiguiente una fuente integral, ya que proveen una contribución, de entidad diversa según la dimensión de la instalación, al balance eléctrico global del edificio." [18]

Para un sistema fotovoltaico en una vivienda unifamiliar que se desea tener una instalación se debe planear una instalación lo suficiente para abastecer las necesidades energéticas se deben de tomar en cuenta los siguientes pasos: [16]

Pasos a dar

• El tamaño de la instalación debe ir de acuerdo a los consumos que se tenga ya que se tiene que proporcionar energía a toda clase de electrodoméstico. [16]

• Consultar un mapa de recursos averiguar las subvenciones. [16]

• "Vuelva al mapa de recursos para contratar instalador y mantenimiento. Podrá localizar fácilmente la empresa más próxima a su domicilio". [16]

3.2.- Protecciones

Las protecciones de la instalación se pondrán contra:

Protección contra contactos directos que se utilizan para la protección por aislamiento de las partes activas. Protección contra contactos indirectos que se utiliza en circuito interior de la vivienda para el corte automático de alimentación. Protección contra sobreintensidades ya que pueden ser dadas por sobrecarga por defectos de aislamiento de impedancia, cortocircuitos, descargas atmosféricas. "Protección contra cortocircuitos: En el origen de todo circuito se dispondrá de un dispositivo con capacidad de corte estará de acuerdo con la intensidad de cortocircuito que pueda presentarse en algún punto de su conexión". [17]

3.3.- Ventajas del sistema fotovoltaico en viviendas unifamiliares

Debido a la curva de demanda a los que normalmente corresponde las energías costosas la energía renovable como es la energía solar es una alternativa interesante para los sistemas de acondicionamientos en los edificios comerciales. Al colocar los paneles solares, estos pueden sustituir a los tejados o vidrios de la fachada. Estos sistemas da una creciente racionalización y eficacia de del uso de la energía eléctrica. Si la energía producida por los paneles solares produce un excedente de energía este se puede suministrar a la red pública. Estos tipos de sistemas como son los sistemas fotovoltaicos son muy útiles para las zonas rurales. [18], [19]

Estos sistemas generan energía para cualquier electrodoméstico que funciona con corriente alterna estándar y los sistemas modulares pueden ampliarse, lo que dará un crecimiento económico. [20]

Conclusiones

Como conclusión podemos decir que la energía solar tanto para la red pública como para una vivienda unifamiliar es muy importante ya que es una energía libre de combustible fósil y no contamina el medio ambiente. En cuanto a sus elementos son idénticos ya que en el caso de los paneles solares y las protecciones van a depender de la potencia que vayan a necesitar, en una vivienda unifamiliar se va a necesitar una potencia baja a comparación de la generada por una central fotovoltaica ya que se necesita una energía eléctrica estándar para que los electrodomésticos funcionen correctamente. Si en una vivienda unifilar existe un excedente de energía esta puede disponer ese excedente a la red pública.

Referencias

[1] Manual Estado de Situación y Perfiles profesionales de las Energías Renovables en Europa.

[2] http://www.energiasolarpablos.com/fotovoltaica/conexion-a-red/

[3] SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS CONECTADOS O DE CONEXIÓN A RED PÚBLICA/http://www.renova-energia.com/energia_renovable/energia_solar_fotovoltaica_red.html

[4] PANELES SOLARES: GENERADORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA http://www.sabermas.umich.mx/archivo/secciones-anteriores/tecnologia/133-numero-17/268-paneles-solares-generadores-de-energia-electrica.html

[5] CELDAS FOTOVOLTAICAS EN GENERACION DISTRIBUIDA/ISIDRO ELVIS PEREDA SOTO/http://web.ing.puc.cl/power/paperspdf/pereda.pdf

[6]Análisis, Modelación y Gestión de una Micro Red Eléctrica para Edificaciones Residenciales usando Paneles Fotovoltaicos/Carlos Vásquez Ruiz /http://www.academia.edu/5828478/An%C3%A1lisis_Modelaci%C3%B3n_y_Gesti%C3%B3n_de_una_Micro_Red_El%C3%A9ctrica_para_Edificaciones_Residenciales_usando_Paneles_Fotovoltaicos

[7] DISEÑO DE UN SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO PARA EL SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL NUEVO CAMPUS DE LA ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJERCITO EXTENSIÓN LATACUNGA/ Pablo Mena Lasluisa, Diego Ortiz Villalba, Dennis Mesias / http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/9139/1/AC-ESPEL-EMI-0268.pdf

[8]Las instalaciones solares Fotovoltaicas conectadas a la red eléctrica en la formación profesional / Miguel Ruiz Moreno/ http://www.csi-csif.es/andalucia/modules/mod_ense/revista/pdf/Numero_43/MIGUEL_RUZ_MORENO_02.pdf

[9] http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Energia/Energia38/HTML/articulo02.htm

[10] Instalación Fotovoltaica conectada a red/Ing Antoni Aguilà Fuster /http://www.ajconsell.net/wms/ofo/imgdb/archivo_adj95275.pdf

[11] INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED SOBRE SUELO EN CANDELEDA (ÁVILA) DE 1 MW/UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS/Rafael Sánchez Fernández/ MADRID, junio de 2010/ http://www.sonnenlicht.mx/attachments/File/Documentos/Instalaci__n_Foto_conectada_red.pdf

[12] PROYECTO FIN DE CARRERA INSTALACION SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED/ Universitat Politècnica de Cataluña/ https://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/7170/1/MEMORIA%20TECNICA.pdf

[13] GUÍA SOLAR CÓMO DISPONER DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA A LA RED ELÉCTRICA/ http://www.ujaen.es/investiga/solar/07cursosolar/home_main_frame/11_descargas/pdf/Guia_Solar_Greenpeace_2003.pdf

[14] http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn192.html

[15] DISEÑO DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA VIVIENDA RURAL UNIFAMILIAR /Instituto Universitario de Tecnología Alonso Gamero Fundación para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología Fundacite Falcón /http://www.unge.gq/ftp/biblioteca%20digital/Energias%20renovables/DISENO%20DE%20SISTEMA%20FOTOVOLTAICO%20AISLADO%20%28150W%29%20PARA%20VIVIENDA%20RURAL%20UNIFAMILIAR.pdf

[16] http://www.casarenovable.org/mejores-op-electricidad-solar-fotovoltaica.asp

[17]VIVIENDA UNIFAMILIAR ENERGÉTICAMENTE SOSTENIBLE UBICADA EN BILBAO/Universitat Politécnica de Valencia/ Javier Santonja Serra/https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/50044/Todo_14046919491125165368301250803288.pdf?sequence=3

[18] http://www.enerpoint.es/photovoltaic_grid_connected.php

[19] http://www.soliclima.es/fotovoltaica-aislada

[20] Soluciones aisladas de energía solar fotovoltaica para un suministro energético independiente de la red /http://files.sma.de/dl/2485/SHS_HYBRID-AES121410W.pdf

Autor:

José Eduardo Ávila Ávila

Kleber alfonso Vasquez Ramon

Universidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca