Práctica 1:

Introducción al manejo de PVSyst: Diseño y simulación de instalaciones fotovoltaicas.

 

 

INTRODUCCIÓN Este programa permite realizar el diseño, simulación y análisis de datos de una instalación fotovoltaica. El software ha sido desarrollado por la Universidad de Ginebra y la demo, disponible en la página http://www.pvsyst.com, es totalmente operativa durante quince días, fecha a partir de la cual sólo están disponibles ciertas opciones, pero no limitan su aplicación en el desarrollo de las prácticas. Permite importar fácilmente datos meteorológicos de las bases de datos más usadas como PVGis y Meteonorm. Esta parte es fundamental para el cálculo de una instalación en nuestro emplazamiento, pues en muchas ocasiones el programa PVsyst no tendrá datos de la ubicación en que se desea instalar el generador fotovoltaico, por lo que se podrá ver al inicio de la práctica cómo importar esta información. OBJETIVOS

1. Saber buscar la información meteorológica de nuestro emplazamiento en las bases de datos más populares y aprender a importar estos datos con PVSyst.

2. Familiarizarse con el uso de PVSyst. De este modo se podrá aprender qué

opciones tiene el programa y cómo se utilizan.

 

 

PREÁMBULOS El parámetro principal a la hora de dimensionar y parametrizar una instalación fotovoltaica, es la radiación. En el mercado se pueden encontrar muchos modelos diferentes de generadores fotovoltaicos con un amplio rango de potencias, pero para todos ellos es fundamental conocer si la ubicación en la que se quieren instalar es la más adecuada. Por ello en la práctica se debe estudiar una serie de bases de datos donde poder consultar la irradiancia que puede encontrarse en la zona donde la instalación va a ser ubicada y con ello tener una idea de la idoneidad de la misma. Estas bases de datos están conformadas mediante el estudio histórico de propiedades meteorológicas como la radiación, lo que permite realizar estimaciones conforme a datos históricos, de las condiciones que se podrán encontrar en una ubicación determinada. PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) ¿Cómo acceder? PVGIS se trata de una base de datos es gratuita. Cualquier equipo informático con acceso a internet puede acceder a ella. Uno de los modos más simples para acceder a ella es buscar en un buscador de internet el nombre de la misma (PVGIS) y en el momento tendremos acceso a sus recursos. Si lo deseamos podemos introducir la siguiente dirección en lugar de buscar la página en un buscador: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ ¿Qué tipo de información se puede obtener? La información de utilidad que podemos hallar en esta base de datos es:

Los promedios de la radiación mensual y diaria en cualquier ángulo de inclinación o mediante seguimiento solar,

El ángulo optimo de inclinación a la hora de instalar generadores fotovoltaicos,

La temperatura,

Una herramienta bastante primitiva que nos permitirá hacer una primera aproximación al cálculo de la energía eléctrica que se podrá producir en esa ubicación.

 

 

Esta información podremos obtenerla en los continentes de Europa y África, introduciendo el nombre de la ubicación donde queremos obtener la información o las coordenadas geográficas. Ejemplo. Para la ubicación de Salillas de Jalón, cuyos datos son los siguientes: 41º 33' 58.90" N 1º 19' 28.61" O Elevación 334m. Se puede proceder a calcular la irradiancia horizontal, y la temperatura promedio diaria de la zona que son los datos que se necesitan para ser importados a PVsyst. Los siguientes resultados son los que se obtendrían para esa ubicación:

 

 

METEONORM ¿Cómo acceder? Esta base de datos está ubicada en un programa instalable en el ordenador. Este programa no es gratuito sino que se trata de un programa con una licencia de pago. Para poder realizar esta práctica utilizaremos los programas que tenéis instalados en vuestros ordenadores, que se llama METEONORM 6.0. Se puede descargar una versión demo del programa, válida durante 10 días, en su página web: www.pvsyst.com con la pega de que tiene las posibilidades recortadas.

¿Qué tipo de información se puede obtener? A partir de la información recogida mediante estaciones meteorológicas, podremos ubicarnos en cualquier parte mediante coordenadas, y el propio programa interpolará entre las estaciones meteorológicas más cercanas y nos dará la información deseada. La información principal será radiación horizontal y a cualquier inclinación introduciendo albedo e inclinación, pero no mediante seguidor. A su vez podremos obtener temperaturas, viento, precipitaciones, etc. La ventaja de esta base de datos es que no sólo, nos permite exportar la información en el formato requerido por otros programas que nos permiten calcular instalaciones fotovoltaicas, como es el caso de PVSYST o PVSOL, sino directamente elegir las unidades en que queremos la información y las variables que deseamos estudiar y obtener un informe gráfico.

 

 

DESARROLLO Una vez conocido cómo obtener la información meteorológica de un emplazamiento, es importante saber cómo simular la instalación para conocer la productividad que puede llegar a tener la misma. Para ello durante esta práctica va a introducirse el empleo de la herramienta de software ‘PVSyst’ para el cálculo de instalaciones fotovoltaicas. En esta primera práctica vamos a ver qué herramientas tiene este simulador y qué opciones de cálculo nos permite el programa y cómo emplearlas. PVSYST permite realizar diseños a diferente nivel:

Preliminary design: diseño rápido y sencillo que permite dimensionar tanto una instalación aislada, como conectada a la red.

Proyect design: realiza una simulación detallada con valores horarios, que

ayuda a definir el campo fotovoltaico y elegir correctamente los componentes.

Tools: proporciona una amplia elección de las herramientas solares. Aquí importaremos los datos meteorológicos de nuestro emplazamiento obtenidos de una base de datos.

 

 

El nivel "Project design", que es el más completo y con el trabajaremos en esta práctica, permite al usuario:

• Disponer de una base de datos de los componentes fotovoltaicos, y de posibles lugares donde ubicar la instalación. • Indicar la orientación del panel, eligiendo entre múltiples configuraciones, como orientación única, doble o seguimiento. • Definir el esquema de la instalación. Si la instalación está conectada a la red, el usuario puede introducir la potencia deseada y elegir el modelo de inversor y de módulo fotovoltaico de la base de datos. Si el sistema es aislado el usuario primero tiene que definir su consumo eligiendo los electrodomésticos que tiene con su tiempo de operación. Además tiene que decidir los días de autonomía que tiene la batería. • Cálculo de sombras, mediantes diferentes modelos de estimación para su cálculo, permitiendo dibujar la geometría del sistema completo y mostrando las sombras que se producen en función de la posición del sol, a lo largo del año.

Para la realización de esta práctica, procederemos a simular una instalación conectada a la red, pues son las más presentes actualmente. Pero previamente se procederá a la explicación de cómo importar datos meteorológicos de las diferentes bases de datos.

 

 

IMPORTACIÓN DE DATOS PARA PVSYST.

A continuación se va a estudiar dos métodos para obtener datos meteorológicos para el programa PVSyst.

Datos a partir de PVGIS:

1º) Para obtener los datos de PVGIS, lo primero de todo deberemos entrar en su página web y seleccionar la ubicación de Salillas.

2º) Una vez tengamos la ubicación seleccionada se procederá a seleccionar radiación a horizontal y la temperatura promedio diaria.

3º) Seleccionaremos desde “location” hasta “year” y lo pegamos en un bloc de notas sin cerrarlo.

 

 

4º) Se abre el programa PVsyst y se procede a entrar en la opción “tools”

5º) En el apartado “import meteo data”, seleccionaremos la opción “PV GIS”, pulsaremos la opción “Import” y obtendremos los datos de lo copiado. Cambiaremos el nombre en Site por el que deseemos y procederemos a pulsar “Save Site”. De este modo en la base de datos del PVsyst queda guardada la ubicación nueva con los datos meteorológicos.

 

 

6º) Si pulsamos en show data podremos observar los datos importados para cerciorarnos de que son correctos.

7º) Le daremos a close y tendremos los datos guardados.

Datos a partir de METEONORM 6.0:

1º) Una vez tengamos el sitio guardado en la base de datos de Meteonorm, podremos proceder a exportar los datos para el uso con PVsyst. Para ello elegiremos la opción PVSyst en el menú “Formato – PV”

2º) Una vez haya calculado el programa, procederemos a guardar los datos. El programa procederá a llamarlo “xxxxhour.dat”

3º) Desde el menú del apartado 5º) del punto anterior en lugar de elegir “PV GIS” procederemos a elegir Meteonorm y buscaremos mediante el sistema de navegación de ventanas la ubicación donde hayamos guardado el archivo xxxxhour.dat.

4º) Procederemos a indicarle al sistema la región y el país donde está la unicación que será por ejemplo, España y Europa.

5º) Pulsaremos importar y ya tendremos el archivo importado.

6º) Pulsaremos el botón “Save site” y ya tendremos de manera similar a la anterior, el lugar Salillas en nuestro PVsyst.

Datos a partir de datos reales:

El procedimiento para introducir datos reales propios en pvsyst es tan sencillo como realizar el cálculo con los datos que tenemos con el formato de salida que se obtuvo mediante pvgis y substituir los datos que se obtuvieron y pegaron en el bloc de notas por los propios. A continuación se procedería a seleccionar de nuevo lo que era necesario para importar los datos desde pvgis y tendremos introducidos datos reales en pvsyst.

 

 

INSTALACIÓN CONECTADA A LA RED. Si en la opción de project design procedemos a seleccionar instalaciones conectadas a la red, observaremos que salen una serie de opciones, que son las herramientas que tiene el programa.

 

Deberemos ir fijando todas las condiciones que nos pide ‘PVSyst’ para poder simular. Cuando todos los botones estén en verde se activará el botón de simular. Herramientas 1. Project/Variant Aquí elegimos el nombre del proyecto, la fecha de realización, y podremos elegir la localización (y por consiguiente los datos meteorológicos) de la ubicación donde instalaremos la planta fotovoltaica (Site and meteo). Si el sitio no está en la base de datos deberemos proceder a importarlo previamente. También es donde tenemos la opción para abrir proyectos guardados anteriormente, e introducir nuevas variantes a un mismo proyecto. Del mismo modo podemos introducir otros parámetros secundarios, como los datos del cliente del estudio.

 

 

Una vez introducidos los datos del lugar y los datos como el nombre del proyecto pulsaremos Back y procederemos a seguir con el resto de herramientas. 2. Orientation En este apartado será donde indicaremos qué tipo de instalación se va a instalar.

Fija: Determinando el grado de inclinación de los paneles si lo hubiera y el azimuth con respecto al sur. Si elegimos una configuración fija con plano orientado, un panel de información nos indica el correspondiente factor TF, la diferencia respecto a la orientación óptima, y la radiación disponible en el plano de inclinación escogido. Del mismo modo podremos observar si el ángulo que hemos seleccionado es el más óptimo o no pulsado en show optimisation.

 

 

Seguimiento: Determinando los ángulos de seguimiento.

En este caso deberemos elegir el ángulo inferior y superior mínimo y los ángulos de giro. Una opción bastante habitual es elegir: Min. tilt: 5 o 0º Max tilt: 50º Min Azimuth: -125º Max Azimuth: 125º

3. Horizon Esta herramienta nos permite realizar un estudio del horizonte de la instalación y su posible generación de sombras en momentos determinados. Permite dibujar un esquema de los obstáculos frente a la instalación incluyendo este perfil en la simulación de sombras.

 

 

La franja inferior se trata del día con menor altura solar del año que en nuestro hemisferio se trata del 21 de diciembre. La franja superior marca el día con más altura solar que es el 21 de junio. Cualquier obstáculo introducido dentro de esa franja nos proporcionará cierta cantidad de sombras a lo largo del año. Si el obstáculo supera la franja superior, el obstáculo no permitirá llegar la radiación durante todo el año. Las sombras pueden ser de dos tipos: cercanas o lejanas (más de 30 km) Para dibujar sombras cercanas y poder dibujar estos obstáculos podemos tener datos geométricos de los ángulos mediante trigonometría y de este modo poder determinar la sombra que me generaría por ejemplo un edificio según su altura (Altura del sol) y su anchura (azimut). Para dibujar sombras lejanas como podría ser una cordillera, el procedimiento es mediante una fotografía panorámica dirigida al sur dada por aparatos especializados.

 

 

Puede verse que se tendría un edificio en la zona frontal a los generadores fotovoltaicos y en la zona derecha lo que podría ser una cordillera. 4. Near shading En este apartado podremos dibujar nuestra instalación y simular su comportamiento frente al sol observando las posibles sombras, tanto las creadas por los propios paneles como las creadas por el horizonte fijado en el apartado anterior.

 

 

En este apartado deberemos decidir qué tipo de estudio respecto a las sombras se quiere simular. Como puede verse se tienen 3 tipos de opciones:

Sin sombras: Esta opción, indica al programa que no tenga en cuenta pérdidas

por sombras. Si bien es la más sencilla y errónea, permitirá realizar un primer estudio rápido de las máximas producciones que se obtendrán.

Sombras linéales: Para este modelo ya debe realizarse un diseño con el editor de planos de pvsyst. Al seleccionar este modelo, el programa considerará unas pérdidas lineales de manera que si está en sombra el 5% de un módulo su potencia disminuirá un 5%.  

Sombreado por ramas y módulos: Este modelo es el más complejo pero también el más exacto. Debido a que le programa tiene una base de datos de los módulos y en dicha base de datos está indicado cómo están ubicados los diodos de bypass el programa podrá determinar en función de donde esté ubicada la sombra en el panel las pérdidas del string entero, estudiando célula a célula.

 

 

5. System Esta es la herramienta que permite seleccionar los inversores elegidos, los módulos, la disposición de la matriz indicando el número de módulos en serie y en paralelo, y la potencia que dará nominal la instalación.

Como vemos los inversores y módulos están ordenador por energía, fabricante y tensión. A continuación indicaremos el número de módulos en serie o paralelo. El sistema nos informará si colocamos demasiados módulos en serie cuando superemos la tensión del inversor, y del mismo modo nos indicará si está sobredimensionado.

 

 

6. Simulation Finalmente, si hemos parametrizado correctamente la instalación podremos simular el modelo y obtener un informe completo de los cálculos.

Para ello deberemos elegir, la fecha entre la que se hará el estudio y pulsar en simulación. De aquí se obtendrá un informe que mostrará los datos principales como:

Datos del proyecto: ubicación, tipo de instalación, información de catálogo de los módulos e inversor elegidos, pérdidas respecto a las condiciones STC,…

Si se ha hecho un esquema gráfico de la instalación para el cálculo de las sombras tendremos el dibujo, y un gráfico de las sombras en las trayectorias solares.

Gráficos del estudio de la potencia y del P.R. a lo largo del año y de las pérdidas, con una tabla con la radiación, temperatura, potencia y rendimientos a lo largo del año.

Diagrama de pérdidas y potencia nominal anual.

 

 

 

 

Ejercicio Calcular con PVSyst el diseño de una instalación situada en la localidad de Zaragoza con las siguientes características: Superficie disponible: ático de 40 x 80 metros (el lado largo es paralelo al sur). Orientación: Sur perfecta. Configuración de los paneles: paneles fijos con un ángulo de inclinación de 30º. Perfil de sombras: Realizar el estudio lineal y el de módulos y string. Módulos: Solarfun SF080 (90W). Medidas: 1210x554 mm. Inversores: Sunway (elegir el más adecuado) Calcula los siguientes apartados:

a) Número de filas y módulos por fila. b) Potencia nominal de la instalación y modelo de inversor c) Cálculo de la distancia mínima de separación d) Pérdidas por sombreado, en inversor y por temperatura e) Producción f) Horas equivalentes anuales.

Ayuda: Sería conveniente realizar previamente un estudio de superficie para determinar el número de strings que pueden instalarse sobre la azotea, teniendo en cuenta las recomendaciones del IDAE sobre la distancia entre strings