Simulacion Fotovoltaica

SIMULACIÓN DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS

Autores:

Sergio Sanz Hernando <sersan@cartif.es>

Luis Angel Bujedo Nieto <luibuj@cartif.es>

Marta Poncela Blanco <marpon@cartif.es>

Pedro Caballero Lozano <pedcab@cartif.es>

José Ignacio Díaz García <josdia@cartif.es>

Resumen

En este artículo se pretende describir una

simulación de instalaciones fotovoltaicas realizada en

lenguaje de programación Labview por el laboratorio

de estudios energéticos de CARTIF. El objetivo es

validar esta simulación con datos reales de

funcionamiento de nuestra instalación.

Palabras clave: monitorización, labview, simulación,

fotovoltaica, validación.

1 INTRODUCCIÓN

Los objetivos principales de esta simulación son

los siguientes:

-Tener una referencia para el diseño de

instalaciones fotovoltaicas, sin grandes niveles de

exactitud.

-Tener una herramienta de fácil manejo que nos

permita hacer estudios sobre la influencia de las

variables y parámetros en el funcionamiento del

sistema.

-Como consecuencia de la anterior, construir

rutinas que se puedan implementar en la instalación real

monitorizada, de estudio de resultados de

funcionamiento, tales como cálculos de energías,

rendimientos y pérdidas así como su representación

gráfica.

El lenguaje de programación elegido para la

simulación es, como ya se dijo, Labview 5.0, que es un

lenguaje gráfico para instrumentación. La elección de

esta herramienta se debe principalmente a dos razones:

-Su facilidad de aprendizaje e implementación,

así como su carácter visual, que lo hacen muy apropiado

para los objetivos buscados.

-Permite la validación con cierta facilidad al

estar las aplicaciones de la monitorización fotovoltaica

de CARTIF realizadas en este lenguaje.

Una parte de la simulación se realiza en Matlab

5.3, y es la que corresponde al empleo de un

aproximador de funciones basado en una red neuronal.

Este hecho se debe a que Matlab posee una toolbox muy

potente de redes neuronales que nos facilita el trabajo.

2 INSTALACIONES A SIMULAR

Se han simulado los dos tipos principales de

instalaciones fotovoltaicas, concretamente las que

tenemos instaladas en el tejado de CARTIF. Estas son:

-Instalación fotovoltaica aislada, con apoyo

auxiliar de la red, de 4680 Wp.

-Instalación fotovoltaica para conexión a la red,

de 4320 Wp.

La simulación está estructurada en bloques, que

representan los comportamientos de las diferentes partes

del sistema. Estos bloques son los siguientes:

-Energía solar, irradiancia y temperatura, con

dos opciones, simulación de los datos o lectura de datos

reales de la estación meteorológica de CARTIF.

-Generador fotovoltaico, cuyas entradas son

irradiancia y temperatura, y las salidas tensión e

intensidad en continua.

-Regulador de carga y acumuladores, sólo en el

caso de la instalación aislada, con gestión de las

baterías.

-Inversores, con entradas en continua y salidas

en alterna.

-Cargas, definidas por potencia y horas de uso,

sólo en el caso de la instalación aislada.

-Bloque de estudio de resultados, cálculos de

energía generada, pérdidas, eficiencias, etc.

En principio se pretende realizar una simulación

de la instalación en periodos de un minuto, lo que

requiere que los datos de entrada exteriores, que son la

irradiancia y la temperatura, vengan dados con esa

frecuencia. Si son simulados no hay ningún problema y

si consideramos la posibilidad de usar datos reales,

emplearemos los datos recogidos por la estación

meteorológica de CARTIF, que vienen dados con dicha

frecuencia. Aún así consideraremos la posibilidad de

que exista pérdida de datos, lo que suele ser bastante

habitual en cualquier dispositivo de recogida de

información.

Dicho esto pasamos a describir cada bloque en

particular.

2.1 ENERGÍA SOLAR

Este apartado de la simulación define las

variables meteorológicas que se van a emplear,

temperatura e irradiancia. Como ya se comentó, una de

las posibilidades consiste en leer datos reales si se

dispone de ellos con el detalle necesario. Esto no suele

ser habitual y lo lógico es tener que aproximar datos de

otros puntos o en su defecto simular un año

meteorológico tipo. Se ha considerado la posibilidad de

simular las dos magnitudes para cualquier punto de la

tierra y por supuesto la posibilidad de emplear datos

reales, debido a que para nuestra instalación, que es en

la que vamos a realizar la validación, disponemos de

datos de temperatura e irradiancias medidos por una

estación meteorológica, con periodo un minuto.

El proceso de la simulación es el siguiente. La

magnitud de la irradiancia solar en un punto

determinado de la geografía terrestre depende, entre

otros factores, de la posición del Sol respecto a ese

punto. A su vez la posición del Sol va a depender de la

localización geográfica del punto, del día del año y de la

hora. Todo ello puede ser calculado fácilmente,

mediante fórmulas conocidas sin más que introducir la

posición de la instalación, longitud, latitud, altura e

inclinación.

El modelo que se utiliza es uno de los

denominados paramétricos de banda ancha, en el cual la

irradiancia normal es proporcional a la transmitancia,

dependiendo este valor de los siguientes parámetros:

donde:

Tb: Transmitancia de la irradiancia directa

normal.

Ibn: Irradiancia directa normal.

K: Parámetro constante que depende del ancho

de banda del espectro de irradiancia considerado.

L: Espesor de la capa de ozono (cm).

W: Espesor de la capa de vapor de agua (cm).

A, B: Coeficientes de la turbiedad atmosférica.

M: Masa de aire.

Iext: Irradiancia extraterrestre.

Calculada esta irradiancia es necesario inclinarla

con el ángulo de incidencia con que llegue a nuestros

módulos fotovoltaicos, con lo cual tendremos nuestra

fuente simulada. Podemos a su vez incluir algún método

...