Sistema Fotovoltaico para Aplicaciones Residenciales
Como vemos, existen muchas aplicaciones para los sistemas fotovoltaicos. En este caso decidimos desarrollar el sistema para aplicaciones residenciales. Los sistemas fotovoltaicos que se usan en aplicaciones de tipo residencial deben tener suficiente capacidad para alimentar una gran variedad de cargas y estos sistemas pueden resultar la alternativa más económica para los propietarios de residencias en lugares donde no es posible hacer llegar la red de energía eléctrica. Los sistemas fotovoltaicos también son elegidos por casas de campo, cabañas de vacaciones, casas rodantes y barcos debido a que contribuyen a la tanquilidad de los propietarios. Los sistemas fotovoltaicos son silenciosos y el suministro de energía es automático y gratuito.
Para ahorrar energía y reducir el costo inicial de un sistema fotovoltaico, el ingeniero debe tomar en consideración las opciones siguientes:
- Usar lámparas fluorescentes, pues tienen un rendimiento de cuatro a cinco veces mayor que las incandescentes.
- Considerar el uso de artefactos como refirgeradores, hornos, cocinas, secadores de ropa, calentadores de agua, televisones, radios, etc.
- Usar artefactos de alto rendimiento.
Las baterías se deben instalar en un ambiente de temperatura controlada, por lo que es conveniente proveer de ventilación adecuada y con protección en caso de derrames del electrolito corrosivo. No se deben exponer la baterías a llamas o chispas eléctricas. Se recomiendan baterías de tipo industrial con ciclo de descarga profunda para las residencias que siempre estén ocupadas.
Debido a la demanda variable de carga, se recomienda usar controladores de carga para estos sistemas. Los controles deben tener capacidad de expansión futura. Se debe tratar que estos controladores sean lo más simples posibles para en caso de falla detectarla de manera fácil y rápida.
El elemento principal para esta aplicación es el inversor. Un inversor debe ser capaz de arrancar y alimentar a todas las cargas anticipadas. El inversor es un circuito relativamente sencillo que genera una señal alterna a partir de la señal de corriente directa dada por la batería.
Los inversores de onda cuadrada proporcionan una salida conmutada de C.A., poco control de voltaje, capacidad de protección contra sobrevoltajes transitorios y una distorsión armónica considerable. Estos sistemas son los menos costosos, pueden ser utilizados con televisiones, computadoras, focos, lámparas fluorescentes e incandescentes, pero no pueden ser usados con artefactos que requieren de una variación senoidal de la señal, como es el caso de los motores de C.A.
El proyecto que se presenta en este trabajo es un sistema fotovoltaico que consta de un panel fotovoltaico, una batería de 12V, un circuito inversor de onda cuadrada y un controlador de carga con comunicación vía puerto paralelo con una computadora.
Funcionamiento
El panel solar se debe colocar en un área soleada, procurando que reciba la mayor cantidad de energía solar posible. Este panel debe estar conectado con la batería de 12V mediante el controlador de carga. Este controlador verificará que la carga de la batería no sobrepase el valor máximo recomendado por el fabricante (aproximadamente 13.5V). La batería está conectada al circuito inversor, el cual mediante un multivibrador astable, general pulsos cuadrados que son amplificados y entregados a un transformador que nos dará a la salida un voltaje de 120V con corriente máxima de aproximadamente 1 A.
Circuito Inversor
El diagrama esquemático del circuito inversor que se utilizó se muestra a continuación. En este diagrama podemos observar que se conecta un rectificador a la batería de 12V para que éste nos de un voltaje fijo de 5V para poder de esta forma alimentar los dispositivos digitales. Existe un multivibrador astable que genera pulsos aproximadamente a 240Hz. Estos pulsos son enviados al conjunto de flip-flop's que dividirán la frecuencia cada uno entre 2 para de esta forma tener pulsos de 60Hz. Estos pulsos alimentan de forma alternada, las bases de los TIP120, que son los transistores que activarán a los transistores de potencia que nos darán la corriente necesaria para general la señal alterna a 120V y 1 A (como el transformador es de 1:10 la corriente que entregan es de aproximadamente 10 A). Estos pulsos son enviados al transformador, el cual elevará el voltaje de 12V a 120V. A la salida del transformador podremos entonces, conectar cualquier dispositivo que no requiera de una señal senoidal y que no consuma más de 1A. (Ej. computadoras, televisiones, radios, lámparas fluorescentes, etc.)
Diagrama Esquemático del Inversor
Circuito
comparador e interface con la computadora
La etapa comparadora se divide en 3 secciones; la primera se encarga de tomar
la muestra de la batería y normalizarlo a 2.5 volts, es decir, para
trabajar con voltajes más manejables se prefiere usar 2.5 volts en
lugar de 10, ésta etapa consiste en un amplificador operacional en
configuración inversora con una ganancia de -.25, como el arreglo tiene
un defazamiento de 90 grados, la salida se introduce en un inversor con ganancia
unitaria para corregir la face. La segunda etapa consiste en un comparador,
donde el voltaje de la batería (ya normalizado) se compara con una
referencia situada a 13 volts normalizados a 5 (el voltaje de la pila no
debe de rebasar este umbral para evitar que se eche a perder) una vez que
se comparó, el voltaje de salida nos dirá si la referencia es
mayor o menor al voltaje de entrada, si resulta que es mayor entonces la salida
tendrá un cero lógico y viceversa.
La tercera etapa es la de potencia, aquí se utiliza un optoaislador
para evitar que exista alguna interferencia entre el circuito comparador y
el swicht que conecta el panel solar con la batería, para esta etapa
se utiliza un moc cuya entrada está conectada a la salida del comparador,
al polarizarse correctamente la entrada del Moc (un cero lógico) el
relevador se polariza en directa y cierra el swith conectando la batería
con el panel.
La interface gráfica fue hecha en Visual Basic, consiste en estar tomando datos de voltaje (voltaje de la pila) y graficarlos, cuando el voltaje rebasa los 13 volts se desconectará el panel de la pila y aparecerá en la pantalla del gráfico el letrero de desconectado o conectado según sea el caso. A continuación se muestra el programa.
'Declaración de variables
'General Declarations
Dim dato(500) As Single
Dim i As Integer
Dim DatoAnterior As Single
Dim Puerto As Integer'Inicialización de variables
Private Sub Form_Load()
'Escala que utilizará el gráfico
Picture1.Scale (-10, 18)-(100, -3)
DatoAnterior = 0
Puerto = &H3BC 'Dirección del puerto
Out Puerto + 2, 32 'Habilita puerto bidireccional
Inicializar_Click 'Prepara para lectura
End Sub'Rutina para borrar el gráfico actual y empezar de nuevo
Private Sub Inicializar_Click()
Picture1.Cls
'Genera los ejes X y Y en el gráfico
Picture1.Line (-1, 0)-(100, 0)
Picture1.Line (-1, 0)-(-1, 20)'Escribe los valores del eje X
For j = 0 To 200 Step 20
Picture1.Line (j - 2, -1)-(j - 1, -1), &HC0C0C0
Picture1.Print j
Next j'Escribe los valores del eje Y
For j = 0 To 20 Step 2
Picture1.Line (-8, j)-(-8, j + 1), &HC0C0C0
Picture1.Print j
Next ji = 0
Continuar_Click 'Inicia lectura
End Sub'Rutina que se ejecuta en forma periódica encargada de
'ejecutar las lecturas y dibujar el gráfico
Private Sub Timer1_Timer()
dato(i) = Inp(Puerto) / 10.2 'Lee el puerto
'Dibuja una línea según el valor leído:
Picture1.Line (i - 1, DatoAnterior)-(i, dato(i)), &HFF
DatoAnterior = dato(i)
datos.Text = dato(i)
'Escribe el dato en la caja de texto
'Escribe intervalo en ms en la caja de texto
If Timer1.Interval <> 0 Then Timer1.Interval = intervalo.Text
If dato(i) > 13 Then
Estado.Caption = "Desconectado"
Else
Estado.Caption = "Conectado"
End If
If i = 100 Then 'Si finaliza el gráfico...
Inicializar_Click
End If
i = i + 1
End Sub'Botón que deshabilita la rutina del Timer1
Private Sub Detener_Click()
Timer1.Interval = 0
End Sub'Botón que habilita la rutina Timer1
Private Sub Continuar_Click()
Timer1.Interval = intervalo.Text
End Sub'Botón para cerrar la aplicación
Private Sub Cerrar_Click()
Unload Me
End Sub
A continuación se muestra un análisis económico para una cabaña:
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ANALISIS
ECONOMICO
ANALISIS DEL COSTO DEL CICLO DE VIDA UTIL PROYECTO ESPECIFICO: SISTEMA PARA UNA CABAÑA |
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