Fundamentos y Dimensionamiento de Sistemas Fotovoltaicos: Radiación y Rendimiento

Fundamentos de la Radiación Solar y Diseño Fotovoltaico

I. Factores que Influyen en la Radiación Solar Recibida

1. Factores Astronómicos y Geográficos

Estos factores son cruciales para el cálculo de dos trayectorias principales de la radiación: una anual y otra diaria. Para la correcta orientación de los sistemas, debemos tener en cuenta la posición de la Tierra, la cual presenta un ángulo de declinación que no es constante y varía diariamente.

2. Factores Atmosféricos

La atmósfera modifica la radiación solar incidente a través de varios fenómenos:

• Dispersión: Causada por partículas de polvo y moléculas de agua.
• Reflexión: La radiación recibida es devuelta al espacio, principalmente por las nubes.
• Difracción: Desviación o descomposición de los rayos solares al pasar por las nubes.
• Absorción: La radiación es absorbida por los gases presentes en la atmósfera, impidiendo que sea recibida en la superficie.

II. Medición y Tipos de Radiación

1. Formas de Medir la Radiación

Existen dos métricas fundamentales para cuantificar la energía solar:

• Irradiancia: Representa la potencia recibida (unidades: W/m²).
• Irradiación: Representa la energía recibida acumulada (unidades: Wh/m²).

2. Formas de Recepción de la Radiación

La radiación que llega a un punto se compone de tres elementos:

• Directa: Procede directamente del Sol.
• Difusa: Procede de la atmósfera, resultado de la reflexión y la difracción.
• Reflejada (Albedo): Procede de la reflexión en la superficie terrestre (rebota en el suelo y asciende).

III. Indicadores de Rendimiento y Dimensionamiento (Fsg)

1. Factor de Servicio del Generador (Fsg)

El rendimiento de un generador fotovoltaico se determina mediante el Fsg, que se define como el cociente entre la energía producida y la energía demandada.

2. Fsg de un Acumulador

El Fsg de un acumulador se calcula como el cociente entre la energía acumulada y la energía demandada.

Para el dimensionamiento del acumulador, se deben considerar:

• Factores Geográficos: Es necesario prever la posibilidad de varios días consecutivos con baja radiación solar, dependiendo de la ubicación.
• Utilización de la Instalación: El patrón de uso y consumo de la misma.

IV. Diseño Eléctrico y Seguridad

1. Caídas de Tensión Admisibles

Para garantizar la eficiencia del sistema, las caídas de tensión deben limitarse a los siguientes porcentajes:

• Entre el generador y el regulador/inversor: 3 %.
• Entre el inversor/regulador y las cargas (demás tramos): 3 %.
• En tramos específicos de carga (adicionales): 1 %.

2. Cálculo de la Sección de Cableado

El cálculo de la sección entre el regulador y el generador se realiza determinando la intensidad para el mes más desfavorable, en función de los requisitos específicos de la instalación. Para los demás tramos, la sección depende directamente de las cargas conectadas.

3. Medidas de Seguridad Obligatorias

Las instalaciones deben cumplir con las siguientes medidas de protección:

• A tensiones de 48 V o superiores, es obligatoria una toma de tierra.
• La estructura de soporte y los marcos metálicos deben estar conectados a tierra.
• El sistema debe estar protegido frente a cortocircuitos, sobrecargas y sobretensiones.
• La batería debe incorporar un fusible de protección.