Methodology for the design of a stand-alone photovoltaic power supply

Metodología para el diseño de un sistema fotovoltaico autónomo de suministro de energía

Este trabajo presenta una metodología completa para el diseño de un sistema fotovoltaico autónomo que maximice el uso de la energía solar. Se trata de un método que prioriza la mejor opción económica en cada paso del proyecto. Con el fin de garantizar el uso adecuado y la prolongación de la vida útil de las baterías, se propone una estrategia de control para la carga de las mismas. Se ofrecen resultados experimentales para un sistema fotovoltaico autónomo de baja potencia eléctrica, destinado principalmente a la iluminación y los electrodomésticos básicos de los hogares de bajos ingresos.

INTRODUCCIÓN

Los sistemas fotovoltaicos autónomos se caracterizan por tener como fuente únicamente la energía generada por los paneles fotovoltaicos. Por lo tanto, se necesita un dispositivo de almacenamiento de energía, generalmente un banco de baterías, para asegurar el suministro de energía durante la noche o en períodos de baja incidencia solar. En general, un sistema de energía fotovoltaica autónomo se compone básicamente de un conjunto de módulos fotovoltaicos, un controlador de carga, una o varias baterías y un inversor, en caso de que haya cargas que funcionen con tensión alterna.

Un sistema fotovoltaico autónomo requiere maximizar el uso de la energía solar y el almacenamiento de energía en reserva, para lograr la sostenibilidad económica y técnica. La baja eficiencia de conversión de los módulos solares comerciales, que oscila entre el 6 y el 16% [1], y el elevado coste de la instalación son los principales obstáculos de este tipo de generación. Para aumentar la eficiencia del sistema y, por tanto, reducir el coste de la energía generada, es necesario garantizar que el sistema funcione el mayor tiempo posible en el punto de máxima potencia de los paneles. Sin embargo, debido a las características de los paneles fotovoltaicos, este punto es variable y depende en gran medida de las condiciones meteorológicas y de la carga del sistema. Para garantizar el funcionamiento de los módulos fotovoltaicos en el punto de máxima potencia, incluso con las variaciones meteorológicas y de carga, es necesario utilizar una técnica que busque continuamente el punto de máxima potencia. Estos algoritmos de control se conocen como MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia) y pueden aumentar la energía producida entre un 15 y un 30% [2].

Uno de los principales factores para el éxito de un sistema fotovoltaico aislado de la red es el correcto dimensionamiento de sus componentes. Los parámetros básicos a tener en cuenta son: la cantidad de energía a producir en función de la cantidad de energía consumida. El diseño debe tener como objetivo obtener un compromiso entre la energía fotovoltaica disponible y la demanda energética prevista. Para maximizar la autonomía del sistema, consideramos necesario utilizar una iluminación de alta eficiencia de las luces LED o fluorescentes que utilizan un balasto electrónico para gestionar la energía consumida en la iluminación.