Aquí se detallan algunas normativas, sugerencias y requisitos que deben cumplir los componentes de sistemas fotovoltaicos en cuanto a aspectos técnicos, físicos y de exigencia mínimos respecto a las características más relevantes de los equipos, estructuras, protecciones y cableado; tomado de distintos artículos que hablan del modelamiento de sistemas fotovoltaicos y teniendo como base distintas normas creadas para tal fin.
9.1 SELECCIÓN DEL GENERADOR
Para una adecuada selección se debe tomar como punto de partida la obtención de los datos de radiación incidente sobre el área disponible para el montaje de los paneles, lugar donde se determinará el ángulo óptimo de inclinación del generador el cual corresponde al ángulo donde se recibe la mayor cantidad de radiación durante el peor mes del año (respecto al consumo mensual).
Horas de sol pico: se obtienen del cociente entre la radiación media medida en Wh/m2/día entre 1000w/m2.
Corriente de diseño: se obtiene dividiendo el consumo corregido en amperios hora entre el número de horas de sol pico. Esto proporciona la corriente que el generador entregará por cada 1000Wh/m2 de radiación.
Ya que los módulos no operan bajo condiciones nominales durante su puesta en servicio se introduce para el cálculo un factor de corrección de acuerdo al material de fabricación (0.9 para silicio cristalino y 0.7 para silicio amorfo).
El número de módulos en paralelo se obtiene del cociente entre la corriente de diseño y la corriente del módulo en el punto de máxima potencia en condiciones estándar de medida (STC). Así mismo en número de módulos en serie se obtiene del cociente entre el voltaje nominal del sistema y el voltaje nominal del módulo (LIZARAZÚ, Y., & TORRES, L., 2010).
9.1.1 Requisitos del generador fotovoltaico. Cumplir con las pruebas estipuladas en la norma IEC 61215, entre otras las de ciclaje térmico, humedad, carga de viento, aislamiento eléctrico, etc (Sup, T. B., 2001).
9.2 SELECCIÓN DEL INVERSOR
Viene determinada por el suministro de la potencia de los consumos AC que operan de modo continuo y por el suministro de los picos de demanda. Este equipo debe ser capaz de suministrar picos de corriente de arranque para dispositivos tales como lavadoras y refrigeradores, la cual puede llegar a ser de 4 a 6 veces más grande que la corriente de operación. Para determinar la potencia pico que ha de suministrar el inversor se deben
sumar las potencias picos individuales de las cargas inductivas. Suele dimensionarse para la carga con mayor potencia pico (sumada a la potencia consumida).
Ya que obtener un dato preciso del tiempo que se utiliza cada carga es un trabajo bastante dispendioso se utilizan promedios estadísticos anuales calculados del consumo medio anual de cada aparato dividido por 365 (Sup, T. B., 2001).
Los datos más relevantes para la selección de estos equipos son:
Potencia de régimen: potencia activa que suministra el inversor durante su operación normal. Corresponde a la suma de las potencias nominales de todas las cargas que pueden funcionar al mismo tiempo.
Régimen de funcionamiento: tiempo máximo en el cual el inversor puede funcionar a su capacidad máxima.
Capacidad de sobrepotencia transitoria: tiempo en el cual el inversor puede soportar picos generados por el arranque de motores de hasta 8 veces su corriente nominal.
Tensión de entrada: corresponde al valor de tensión nominal de salida del generador fotovoltaico, valor que debe ser vigilado para proteger el inversor de sobre o subtensiones que puedan averiar el equipo.
Regulación de tensión: ventana de tensión admisible en el inversor para la tensión nominal de salida, donde el valor recomendado debe ser casi estático.
Frecuencia: corresponde al valor de frecuencia salida que entrega el inversor, al cual hay que prestarle especial atención ya que debe corresponder al valor de frecuencia de la red y demás componentes del sistema.
Modularidad: es una característica de ciertos inversores que permite su interconexión con el fin de abastecer la demanda total, seccionando el generador en distintas ramas para captar su salida por separado y así aumentar la confiabilidad del sistema.
Factor de potencia: relación existente entre la potencia activa y la potencia aparente. Cuando esta relación es coincidente con el coseno entre la tensión y la corriente producidas por el inversor se denomina sinodal pura.
Rendimiento de la conversión de potencia: corresponde a la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada, valor que se ve afectado por el tipo de carga que se conecte a este (LIZARAZÚ, Y., & TORRES, L., 2010) (Sup, T. B., 2001).
9.2.1 Requisitos del inversor. Con el fin de obtener la mayor cantidad de energía generada por el sistema bajo cualquier condición de radiación y temperatura el inversor debe estar fabricado bajo la tecnología MPPT (Maximum Point Power Tracker por sus siglas en inglés) cuyo funcionamiento es similar a tener una impedancia variable de salida, todo esto de acuerdo a la curva MPPT a la cual operan los paneles fotovoltaicos. Para garantizar un trabajo en alta eficiencia por parte del inversor se debe dividir sobre un factor de 1.2 la potencia entregada por el generador (Sup, T. B., 2001).
9.3 SELECCIÓN DE LOS SOPORTES Y ESTRUCTURA
Ya que de su ubicación y orientación depende la correcta captación de la radiación solar es necesario seleccionar materiales que soporten vientos aproximadamente de 120km/h, teniendo toda la precaución de no generar ningún daño en el sistema de impermeabilización de los techos obre los cuales estén ubicados. Se recomienda adquirir estructuras fabricadas en acero inoxidable, hierro galvanizado o aluminio anodizado; materiales que por sus características físicas son seleccionados teniendo en cuenta que deben soportar como mínimo 10 años de exposición a la intemperie sin corrosión. En cuanto a los anclajes o soportes de la estructura se recomiendan construcciones netamente de hormigón, donde se fijarán las estructuras con tornillos roscados.
9.3.1 Requisitos de la estructura de soporte. Estas deben estar en la capacidad de resistir como mínimo 10 años de exposición a la intemperie sin signos apreciables de fatiga o corrosión.
Para módulos fotovoltaicos con marco se deben utilizar elementos de fijación fabricados en acero inoxidable.
9.4 SELECCIÓN DEL CABLEADO, PROTECCIONES Y PUESTA A TIERRA Respecto a los conductores se tiene como base el cálculo de estos a partir de la capacidad de corriente y requisitos de regulación del sistema, todo esto junto con las funciones que desempeñen y las condiciones ambientales a las cuales se encuentren sometidos. Por este motivo los conductores flexibles que se recomienda usar son del tipo SIS que al igual que los del tipo USE-2 poseen aislamiento (polietileno reticulado XPLE) y son resistentes a altas temperaturas.
Las protecciones del sistema fotovoltaico deben estar enfocadas en primera medida en la protección de la vida y la integridad de los operadores del sistema, junto con la protección de equipos de la siguiente manera:
Para la protección contra sobretensiones deben utilizarse limitadores de tensión tanto en AC como en DC (se recomiendan varistores), para la protección contra sobrecorrientes y medios de desconexión se recomienda el uso de interruptores automáticos, manuales y fusibles y para la protección contra el flujo inverso de corriente se recomiendan diodos de bloqueo (solamente para la parte DC) (LIZARAZÚ, Y., & TORRES, L., 2010).
Los medios de desconexión de los conductores no puestos a tierra deben consistir en uno o varios interruptores accionables manualmente o de manera automática ubicados en un punto de fácil acceso, con posibilidad de accionamiento que no genere riesgo para la vida del operador, debidamente marcados para saber la posición actual (abierto o cerrado) y tener una corriente de interrupción nominal suficiente para proteger los equipos.
9.4.1 Requisitos del cableado. Las secciones de los conductores deben ser tales que las caídas de tensión en ellos sean inferiores al 3% entre el generador fotovoltaico y el regulador, inferiores al 1% entre la batería y el regulador e inferiores al 5% entre el
regulador y el total de las cargas, todo esto bajo condiciones de máxima corriente. Los valores mínimos de estas secciones en cada una de las líneas serán: 2,5mm2 del generador al regulador y 4mm2 del regulador a las baterías.
Además de cumplir la normativa IEC 60811 para trabajo en intemperie, los terminales de los cables no deben permitir una caída de tensión superior al 0,5% del voltaje nominal bajo condiciones de máxima corriente. Los terminales también deben asegurar una conexión fiable y mecánicamente fuerte y evitar la corrosión producida por el contacto entre dos metales distintos.
Para cables de sección mayor o igual a 4mm2 se exigen terminales específicos y de cobre en sus extremos, mientras que los de sección menor o igual a 2,5mm2 pueden ser retorcidos y estañados a fin de tener una conexión adecuada (Santamaría & Pinzón, 2009).
9.4.2 Requisitos de las protecciones. En cuanto a las protecciones se considera necesaria la instalación de interruptores termomagnéticos y fusibles cobijados bajo los artículos 690- 16 y 690-17 de la norma NTC2050.
9.4.3 Requisitos del sistema de puesta a tierra. Para todos los sistemas de energía fotovoltaica es necesaria la existencia de un conductor de un sistema bifilar de más de 50V nominales además de un conductor de neutro de un sistema trifilar anclado de manera firme a tierra, todo esto según el artículo 690-41 de la norma NTC2050.
Las partes metálicas no portadoras de corriente de los bastidores de los módulos, equipos y encerramientos de los conductores, independientemente de su tensión de funcionamiento deben estar conectados a tierra de acuerdo a lo estipulado en el artículo 690-43 de la norma NTC2050.
El electrodo del sistema de puesta a tierra debe cumplir con todas las características y requisitos estipulados en los artículos 250-81 al 250-86 de la norma NTC2050 (Ministerio de desarrollo económico, 1998).