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Cableado Solar

Los cables, tanto de corriente continua (CC) como de corriente alterna (CA), si son correctamente dimensionados minimizarán las pérdidas energéticas y protegerán la instalación.

Para un sistema fotovoltaico los cables de CC deben cumplir una serie de requisitos:

* Contar con protección contra cortocircuito y línea de puesta a tierra.
* Ser resistentes a los rayos UV y a las condiciones meteorológicas adversas con un gran rango de temperaturas (aproximadamente entre -40ºC y 110ºC).
* Poseer un amplio rango de tensión (más de 2000 V).
* Ser de manipulación fácil y simple.
* Ser no inflamables, de bajo nivel tóxico en caso de incendio y sin halógenos.
* Poseer una pérdida de conducción muy escasa (hasta un 1%).

Los cables para una instalación fotovoltaica deben tener ciertas características que los diferencian de los cables convencionales a pesar de que muchos sostienen que las diferencias no son muy grandes.

Como el voltaje en un sistema fotovoltaico es voltaje CC bajo, 12 o 24 V, las corrientes que fluirán a través de los cables son mucho más altas que las de los sistemas con voltaje CA de 110 o 220 V.

La cantidad de potencia en Watts producida por la batería o panel fotovoltaico está dada por la siguiente fórmula: P = V . I

V = tensión en Voltios
I = corriente en Amperios

Esto significa que para suministrar una potencia a 12 V la corriente será casi 20 veces más alta que en un sistema de 220 V. Implica que deben unirse cables mucho más gruesos para impedir el recalentamiento o incluso un incendio.

La siguiente tabla indica la sección de cable recomendada de acuerdo con la potencia y para distintos niveles de tensión.

Se observa que para voltajes bajos y bajas demandas de potencia deben utilizarse cables muy gruesos.

Por ejemplo, para alcanzar una potencia de aproximadamente 1 Kw a 12 V necesitaríamos un cable de 25 mm2 de sección. El mismo que para suministrar 20 Kw a 220 V. Esto aumenta el precio del sistema drásticamente debido a que los cables más gruesos son más costosos.

Por eso es muy importante que los tramos de cableado de CC sean lo más cortos posibles.

Cuando se diseñan sistemas grandes, debe realizarse un análisis de costo/performance para elegir el voltaje operativo más adecuado. Sería recomendable reunir pequeños grupos de módulos y de ser posible hacer el voltaje de operación más alto que 12 ó 24 V.

Para verificar los valores de sección de cable recomendados en tablas, las máximas caídas de tensión comparadas con la tensión a la que se esté trabajando deberían estar por debajo del límite del 3% / 5%.

Para calcular la relación entre la sección del conductor y su longitud podemos aplicar la siguiente fórmula:

S = 2 . r . l . i / ΔV

Siendo:

r Resistividad del material conductor (0,018 en el caso de conductores de cobre)
l Longitud del tramo de cable
i Intensidad de la corriente
ΔV Diferencia de lectura del voltímetro

Veamos un ejemplo:

La tensión a la salida de los bornes de una batería es de 13,1 V. La línea principal entre ésta y un dispositivo, que consume 60 W, mide 12 m de cable de 6 mm2.

Debemos encontrar el valor de tensión a la entrada del dispositivo para verificar que nos encontramos dentro de los valores máximos recomendados de caída de tensión.

La intensidad i = P / V = 60 / 13,1 = 4,6 A

S = 6 = 2 . 0,018 . 12 . 4,6 / ΔV

ΔV = 0,33 V

Por lo tanto la tensión a la entrada del dispositivo valdrá: 13,1 – 0,33 = 12,8 V

La caída de tensión es del 2,34% (valor máximo recomendado: 3%).

Lo normal es recurrir a tablas para seleccionar la sección recomendada y utilizar la fórmula para calcular la caída de tensión y realizar la verificación.

En caso de que se superen los valores máximos recomendados de caída de tensión seleccionaremos la sección inmediatamente superior y realizaremos nuevamente la verificación.Los cables para aplicaciones fotovoltaicas tienen una designación, según normativa, que está compuesta por un conjunto de letras y números, cada uno con un significado.

La designación de los cables alude a una serie de características (materiales de construcción, tensiones nominales, etc.) que facilitan la selección del más adecuado a la necesidad o aplicación.

Este es un extracto de los contenidos incluidos en el Manual Técnico-Comercial de Energía Solar Fotovoltaica y en la formación e-learning de Sopelia.

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Fluido Caloportador

El fluido caloportador pasa a través del absorbedor y transfiere al sistema de aprovechamiento térmico (acumulador, interacumulador o intercambiador) la energía.

Los tipos más usados son:

* Agua natural: puede utilizarse en circuito abierto, cuando el agua sanitaria pasa directamente por los colectores, o en circuito cerrado (circuito independiente del consumo).

En el primer caso, el circuito solo puede estar constituido por materiales permitidos para la conducción de agua potable. En algunos países no se permite este sistema.

Habrá que considerar las características del agua, especialmente su dureza (cantidad de calcio y magnesio), que al calentarse produce una costra dura o sarro.

Esta costra acelera la corrosión, restringe el flujo y reduce la transferencia térmica. Los valores comienzan a ser problemáticos a partir de los 60 mg/l. Las aguas muy blandas también pueden ocasionar problemas debido a su corrosividad.

* Agua con anticongelante: para evitar los inconvenientes de congelación y ebullición del fluido caloportador el uso de los anticongelantes denominados “glicoles” es lo más generalizado.

Mezclados con el agua en determinadas proporciones impiden la congelación hasta un límite de temperaturas por debajo de 0º C según su concentración.

Por otro lado el punto de ebullición se eleva haciendo que el caloportador quede protegido contra temperaturas demasiado altas.

La elección de la concentración dependerá de las temperaturas históricas de la zona de ubicación de la instalación y de las características que aporte el fabricante.

Los glicoles más usados son el etilenglicol y el propilenglicol.

Resultado de imagen de tabla anticongelante solar

Características fundamentales de los anticongelantes:

• Son tóxicos: se debe impedir su mezcla con el agua de consumo haciendo la presión del circuito secundario mayor que la del primario, por prevención ante una posible rotura del intercambiador.

• Son muy viscosos: factor a tener en cuenta a la hora de elegir la electrobomba que suele ser de mayor potencia.

• Dilata más que el agua cuando se calienta: como norma de seguridad, cuando usamos anticongelante en proporciones de hasta un 30%, al dimensionar el vaso de expansión, aplicaremos un coeficiente de 1,1 y de 1,2 si la proporción es mayor.

• Es inestable a más de 120ºC: pierde sus propiedades por lo que deja de evitar la congelación. Hay algunos que soportan temperaturas mayores, pero son caros.

• La temperatura de ebullición es superior a la del agua sola, pero no demasiado.

• El calor específico es menor al del agua sola, por lo que habrá de tenerse en cuenta en el cálculo del caudal, condicionando el dimensionado de la tubería y del circulador.

Para calcular la cantidad de anticongelante que hay que añadir a una instalación, primeramente hay que consultar en la tabla de temperaturas históricas cuál es la mínima temperatura registrada en esa ciudad o localización.

Una vez que se conoce se va a la gráfica de los glicoles que suministra el fabricante y se traslada el valor para indicarnos cuál es el porcentaje.

* Líquidos orgánicos: existen dos tipos, sintéticos y derivados del petróleo.

Las precauciones mencionadas en el caso de los anticongelantes respecto de la toxicidad, viscosidad y dilatación son aplicables a los fluidos orgánicos. Debe mencionarse el riesgo adicional de incendio, pero también que son químicamente estables a temperaturas elevadas.

* Aceites de silicona: son productos estables y de buena calidad. Presentan las ventajas de que no son tóxicos y de que no son inflamables, pero los elevados precios actuales hacen que no sean muy utilizados.

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Energía Solar Donde Quiera Que Estés

Muchas veces ha rondado en nuestra cabeza el propósito de incorporar la energía solar a nuestras habilidades profesionales, ámbito de negocio o vida personal.

Casi siempre nos hemos topado con la misma barrera: el tiempo.

Estamos trabajando o estudiando y se nos hace muy difícil disponer siquiera de unas pocas horas semanales.

Es raro encontrar ofertas de formación que no sean muy cortas (talleres de pocas horas) ni muy largas (de uno o más años de duración) y que a su vez tengan un precio accesible.

Si a esto le añadimos la dificultad de tener que trasladarnos, porque la mayoría se imparten de manera presencial, finalmente terminamos postergando una y otra vez este propósito.

En 2014 Sopelia impartió en colaboración con la Universidad Tecnológica Nacional de Mar del Plata (Argentina) el Curso de Técnico – Comercial en Energía Solar en la metodología de teleformación (distancia + presencial).

En 2016 Sopelia actualizó y dividió esa acción de formación en 2 cursos específicos:

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2016-08-03 (1)

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2016-08-03

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Solar FV Latinoamérica

Latinoamérica genera cerca del 7% del total de la electricidad mundial y las fuentes no tradicionales representan sólo el 6% del mix energético.

Se espera que para el 2050 más del 20% de la electricidad generada en la región provenga de energías renovables no hidráulicas.

¿Puede ser importante el aporte de la energía solar fotovoltaica?

Esta tecnología presenta gran potencial en la región, pero en la mayoría de los países sigue marginada a un segundo plano en las decisiones energéticas y lo que se hace al respecto va dirigido muchas veces a “la tribuna” y muy poco se concreta.

Comparada con el resto del mundo, la tasa de implementación de energía solar fotovoltaica en América Latina es muy baja.

Anualmente se espera la instalación de unos 100 GW de energía solar fotovoltaica a nivel mundial y habitualmente sólo el 1% corresponde a esta región.

Sin embargo, el hecho de no haber sido una de las regiones donde se inició el desarrollo de esta tecnología le permitiría aprender de los errores cometidos en otras regiones o países.

Hay que distinguir entre desarrollo industrial solar (fabricación de módulos y otros componentes) y producción de energía solar (electricidad solar).

El desarrollo industrial solar en la región lo tiene difícil con la abrupta caída en los precios de los módulos.

En cambio, la producción de electricidad solar se ve favorecida por esta caída en el precio de los módulos y hace más competitiva a la energía solar fotovoltaica.

El costo promedio de 1 W instalado de energía solar fotovoltaica se ha reducido radicalmente en los últimos años y la mayoría de las proyecciones indican que esta tendencia va a continuar. Los costos subyacentes asociados a la energía solar fotovoltaica también continuarán disminuyendo.

La capacidad instalada fotovoltaica de los países latinoamericanos siempre estuvo orientada a aplicaciones aisladas para atender necesidades de poblaciones rurales, sin acceso a la red eléctrica.

Recién a partir de 2014 los proyectos solares fotovoltaicos comenzaron a atraer capital.

América Latina tiene 51 plantas solares fotovoltaicas en operación y ha instalado 625 MW de energía fotovoltaica en 2014, frente a 133 MW en 2013. Se han anunciado 23 GW de proyectos, 5,2 GW en contratos, 1,1 GW en construcción y 722 MW en operación.

Desde la consultora GTM Research señalan que la potencia instalada en MW ha registrado un aumento del 370% en 2014 y se prevé que suba un 237% en 2015.

Esta cifra podría revisarse a la baja tras el derrumbe de precios que en los últimos meses ha sacudido a la industria petrolera y al sector de las materias primas.

Hoy en día, en los países latinoamericanos con buenos niveles de radiación y un mercado energético sin grandes subsidios, el modelo de la energía solar fotovoltaica es autosostenible.

En algunas ciudades de México, Brasil, Chile y Perú, el coste de la energía solar fotovoltaica se sitúa muy cerca de la paridad de red.

Ya cuentan con normativa nacional para conectar generadores fotovoltaicos bajo el sistema de medición neta: Costa Rica, Guatemala, México, Panamá, República Dominicana y Uruguay.

Los lugares más idóneos para localizar grandes plantas son los desiertos cerca de la costa del Pacífico y el nordeste de Brasil.

Durante los próximos 20 años se espera que la inversión en energía solar fotovoltaica llegue a unos U$S 100.000 millones anuales en todo el mundo.

Se estima una previsión de desarrollo de 3,5 GW para 2016 en América Latina.

¿ Es posible ?

Para saberlo vamos a hacer un análisis país por país, porque hay realidades muy distintas.

Solar Térmica Latinoamérica

La energía solar térmica para aplicaciones domésticas es una tecnología madura que se ha desarrollado exitosamente en muchos países durante más de 30 años.

No se entiende muy bien el por qué de su escaso desarrollo en comparación con la energía solar fotovoltaica ya que casi duplica su rendimiento.

Es una tecnología relativamente simple que ya cuenta con pequeños y medianos fabricantes en países de la región como Argentina, Uruguay y Brasil. Sin embargo, no hay todavía una certificación a nivel regional como ocurre en Europa.

En el vecino país caribeño de Barbados el 80% – 90% de los hogares poseen equipos de energía solar térmica en sus techos. Este país se ubica en el top 5 mundial de capacidad instalada per cápita.

No hay datos fiables respecto de la capacidad instalada en Latinoamérica.

Los más recientes a nivel mundial datan de 2012 y estiman una capacidad instalada de 234 GWth. Brasil aparece entre los 7 primeros países con unos 4 GWth (2%).

El mercado regional latinoamericano se está desarrollando lentamente.

En paralelo, está surgiendo un incipiente marco regulatorio en materia de certificaciones que se basa principalmente en los marcos regulatorios de Europa y EEUU. La COPANT está trabajando en la unificación del marco regional de standards y certificaciones.

Una de las principales barreras para el desarrollo de la energía solar térmica son los importantes subsidios que algunos países de la región otorgan a las energías convencionales.

Profesionales y empresas del sector de la energía solar térmica de Latinoamérica y el Caribe se han reunido recientemente en San José, Costa Rica, para impulsar el desarrollo de esta tecnología en la región.

La convocatoria fue realizada por IRENA (International Renewable Energy Agency), OLADE (Organización Latinoamericana de Energía), ICE (Instituto Costarricense de Electricidad) y el Instituto Alemán de Metrología (PTB).

Según el Departamento de Innovación y Tecnología de IRENA, actualmente solamente se aprovecha el 3% del potencial solar térmico de la región.

La conclusión más importante a la que arribaron es que la región tiene un enorme potencial para el desarrollo de la energía solar térmica en los ámbitos residencial y comercial, pero la experiencia demuestra que para conseguirlo hay que fomentar la confianza en esta tecnología.

¿ Cómo se consigue esto ?

Las propuestas fueron:

1) Desarrollar mecanismos que aseguren la calidad de las instalaciones (standards e inspecciones)

2) Fomentar buenas prácticas entre profesionales y empresas del sector (test y certificaciones)

3) Implementar políticas de gobierno que impulsen el desarrollo genuino de esta tecnología

El análisis global de los programas de desarrollo de energía solar térmica estima una capacidad instalada mundial de 1.600 GWth en 2030 y unos 3.500 GWth en 2050.

¿ Será Latinoamérica un actor importante en este crecimiento de la capacidad instalada mundial ?

Para saberlo, en las próximas entregas analizaremos el sector solar térmico de cada uno de los países que componen la región.

Energía Solar en Latinoamérica

Para evaluar el potencial solar de la región vamos a exponer antes algunas variables macro.

Latinoamérica agrupa a Argentina, Bolivia, Brasil, Chile, Colombia, Costa Rica, Cuba, Ecuador, El Salvador, Guatemala, Haití, Honduras, México, Nicaragua, Panamá, Paraguay, Perú, República Dominicana, Uruguay y Venezuela.

Tiene 22.222.000 km2 de superficie (aproximadamente el 13,5% de la superficie emergida del planeta) y más de 600 millones de habitantes.

La región presenta una notoria diversidad política y económica y es inestable por el continuo cambio de enfoque en las políticas monetarias.

En la actualidad, en Latinoamérica se reconocen 3 tipos de sistemas económicos.

Los capitalistas, con economías abiertas que se basan en el libre mercado y en tratados de libre comercio. Entre estos países se encuentran Perú, Chile, México, Colombia, Panamá y Costa Rica.

Los países que, si bien sostienen una estructura de apertura al mundo, son claramente proteccionistas; con una economía social de mercado o economía mixta. Entre estos países se encuentran Argentina, Uruguay, Brasil, Ecuador, Bolivia y Paraguay.

Finalmente están los países que sostienen economías cerradas, con muy poca relación de libre mercado y con clara tendencia al modelo marxista. Este es el caso de Cuba, Venezuela y Nicaragua.

Las economías de mayor tamaño según su PIB son Brasil, México, Argentina, Colombia y Venezuela.

Mientras que las economías más desarrolladas en términos de PIB per cápita son Chile, Argentina y Uruguay.

Ahora analicemos el recurso solar disponible en la región.

La energía solar está uniformemente distribuida, ya que gran parte de la región se encuentra dentro de la denominada región ‘‘Cinturón del Sol“ de más alta radiación solar. Con la excepción de sitios específicos se trata de un recurso previsible y confiable.

¿Cuál es la principal ventaja de la energía solar respecto de otras energías renovables?

Que tiene un mayor grado de integración al entorno urbano.

Las instalaciones en azoteas aprovechan superficie ociosa para generar energía limpia. El país que concentre sus esfuerzos en el desarrollo de este tipo de instalaciones tendrá la llave de su soberanía energética y la de sus habitantes.

Otro factor importante es que las instalaciones solares ya pueden ser realizadas por mano de obra local, reduciendo la dependencia tecnológica hacia los desarrolladores y proveedores de equipos (la mayoría fabrica fuera de la región). Esto hace que no se vincule la venta de los equipos con la instalación, puesta en marcha, operación y mantenimiento; como ocurre en el caso de otras energías renovables.

Con algunos de los mejores recursos solares del mundo, América Latina tiene su gran oportunidad.

Algunas razones para ser optimistas:

1. Buenos niveles de radiación solar en la región

2. Tendencia sostenida a la baja en los precios de los componentes de sistemas solares

3. Tecnología con alto potencial de generación de empleo local

4. Aumento de la conciencia ambiental ciudadana

5. Conveniencia para muchos países de reducir la dependencia del petróleo y sus derivados

6. Voluntad política que se evidencia en los gobiernos de algunos países de la región

Y algunos temas pendientes:

1- Inversión en infraestructuras de redes de transmisión modernas interconectadas y equipos de medición bidireccional

2- Mayor mercado financiero para respaldar con préstamos a largo plazo el desarrollo de la tecnología solar

3- Inestabilidad económica e Inseguridad jurídica en algunos países de la región

En las próximas entregas vamos a analizar la situación de las aplicaciones domésticas de energía solar térmica y fotovoltaica en la región.