Desarrollo de prototipo de planta solar dimensionada para uso en zonas rurales no interconectadas de Colombia
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Español
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Resumen
En el marco de este trabajo se realizó un estudio para diseñar y dimensionar un prototipo de planta solar autónoma (sistema fotovoltaico –SFV- autónomo) con capacidad de generación de electricidad para aplicaciones en zonas rurales no interconectadas de Colombia. Para esto se usó una metodología en dos etapas que incluye una primera fase donde se realizó la instalación y puesta en operación en nuestro laboratorio un SFV autónomo de prueba de bajo costo con capacidad de generación de electricidad para el consumo promedio de una familia típica a nivel rural. Esta planta solar de prueba incluye un generador fotovoltaico de 500 Wp que en zonas con una radiación solar del orden de 5 horas diarias de radiación estándar (5.000 W/m2) /día) podrá generar una energía diaria de 2.5 kWh, un banco de baterías de 300Ah, un regulador de carga de 20A y un inversor DC-AC de 1000 W. Basados en los resultados de la operación del SFV de prueba se diseñó e implementó un novedoso sistema electrónico, con facilidades tanto para el control de carga y descarga de banco de baterías como para el seguimiento del desempeño de la planta; este sistema fue desarrollado usando el concepto de instrumentación virtual que incluye algoritmos PWM (pulse width modulation) implementados en el entorno de programación LabVIEW y hardware de la National Instruments.
Posteriormente, en una segunda fase se diseñó y dimensionó una planta solar FV con capacidad de generación de electricidad para una pequeña población rural conformada por 20 familias. Esta planta está constituida por un generador fotovoltaico de 10 kWp, un banco de baterías de 2.500 Ah y una subestación que incluye la electrónica de acondicionamiento de la planta (control de carga y descarga del banco de baterías, inversor DC-AC de 5 kW), medidor de energía generada, unidad de monitoreo del desempeño de las diferentes unidades de la planta y sistema de medición de radiación solar.
Un aspecto interesante de este trabajo consistió en el desarrollo de un sistema electrónico que permite monitorear en tiempo real la operación y desempeño de esta planta, usando algoritmos implementados en el entorno de programación LabVIEW y hardware de la National Instruments. Este sistema incluye adicionalmente una unidad de medición de radiación solar que permite generar una base de datos de los promedios diarios y mensuales de radiación solar (Texto tomado de la fuente).
Abstract
Within the framework of this work, a study was carried out to design and size a prototype of an autonomous solar plant (autonomous photovoltaic system - SFV - autonomous) with electricity generation capacity for applications in non-interconnected rural areas of Colombia. For this, a two-stage methodology was used that includes a first phase where the installation and put in operation of a low-cost test standalone PV, with electricity generation capacity for the average consumption of a typical family at the rural level was carried out in our laboratory. This test solar plant includes a 500 Wp photovoltaic generator that in areas with standard solar radiation of the order of 5 hours per day (5,000 W/m2) /day) will be able to generate daily energy of 2.5 kWh, a battery bank of 100Ah, a 20A charge regulator and a 1000W DC-AC inverter. Based on the results of the test SFV operation, a novel electronic system was designed and implemented, with facilities for both the charge and discharge control of battery bank and for monitoring plant performance; this system was developed using the concept of virtual instrumentation that includes PWM (pulse width modulation) algorithms implemented in the LabView programming environment and National Instruments hardware.
Subsequently, in a second phase, a solar PV plant with electricity generation capacity was designed and sized for a small rural population made up of 20 families. This plant is made up of a 10 kWp photovoltaic generator, a 2,500 Ah battery bank and a substation that includes the plant conditioning electronics (charge and discharge control of the battery bank, 12 kW DC-AC inverter), generated energy meter, performance monitoring unit of the different units of the plant and solar radiation measurement system.
An interesting aspect of this work consisted of the development of an electronic system that allows real-time monitoring of the operation and performance of this plant, using algorithms implemented in the LabView programming environment and National Instruments hardware. This system additionally includes a solar radiation measurement unit that allows generating a database of daily and monthly averages of solar radiation.
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ilustraciones a color, diagramas, fotografías