El diseño del sistema fotovoltaico es fundamental para garantizar una operación eficiente y estable del proyecto, lo que exige una consideración integral de las condiciones del recurso, el presupuesto de inversión y los beneficios a largo plazo:
1. Evaluación preliminar y planificación
Puntos clave de la evaluación de recursos:
Radiación solar:
Irradiancia anual total sobre una superficie horizontal (H, kWh/m²): determina la escala del sistema y la capacidad de generación de energía. China se divide en cuatro zonas de recursos.
Relación entre la radiación directa y la radiación difusa: influye en la selección de los componentes. Las zonas con alta radiación directa son adecuadas para sistemas de seguimiento.
Condiciones meteorológicas:
Temperatura: Afecta la eficiencia del componente (la potencia disminuye entre un 0,3 % y un 0,5 % por cada aumento de 1 °C), por lo que se deben seleccionar componentes con un bajo coeficiente de temperatura.
Velocidad del viento: Afecta el diseño y la seguridad de los soportes. Las zonas costeras deben reforzar su capacidad de resistencia al viento (≥28 m/s).
Humedad / Niebla salina: Incide en la selección del equipo. Se deben elegir materiales con buena resistencia a la corrosión para zonas húmedas y costeras.
Condiciones del terreno:
Pendiente y orientación: determinación del ángulo de instalación óptimo y del tipo de soporte
Planitud del terreno: influye en la dificultad y el costo de la construcción. Si la pendiente es demasiado pronunciada, se requiere un diseño especial.
Condiciones de la red:
Capacidad del punto de acceso: determina la capacidad instalada máxima, que por lo general no supera el 25 % de la capacidad del transformador.
Política de tarifación eléctrica: “autogeneración y autoconsumo, con excedentes vendidos a la red” o conexión plena a la red, lo que afecta el modelo de ingresos.
2. Configuración y selección del sistema
Árbol de decisión para la selección de componentes:
Condiciones del recurso → seleccionar módulos de alta eficiencia en zonas de alta irradiación y módulos de alto rendimiento en zonas de baja irradiación
Escenarios de aplicación → elegir módulos bifaciales para centrales fotovoltaicas instaladas en suelo, módulos ligeros para instalaciones en cubiertas y módulos estéticamente atractivos para el BIPV (Fotovoltaica Integrada en Edificios)
Presupuesto de inversión → Para presupuestos elevados, opte por módulos de alta eficiencia tipo N; para presupuestos medios, elija tecnología PERC + bifacial; para presupuestos reducidos, seleccione monocristalinos convencionales.
Condiciones de temperatura → seleccionar componentes con bajo coeficiente de temperatura (HJT o tipo N) para zonas de alta temperatura, y componentes convencionales para zonas frías
Puntos clave para la selección del inversor:
Selección de tipo:
Plantas solares de gran escala instaladas en suelo (≥10 MW): Inversores centralizados, bajo costo, alta eficiencia
Techos comerciales e industriales (1-10 MW): de tipo distribuido o de cadena, con múltiples MPPT, adaptable a distintas orientaciones.
Sistema residencial (≤1 MW): inversor de cadena o microinversor, alta seguridad, fácil mantenimiento
Adecuación de la capacidad: La potencia nominal del inversor debe ser igual o superior al 80 % de la potencia total de los componentes (teniendo en cuenta las pérdidas) y no superar el 120 % de dicha potencia (para evitar cargas demasiado ligeras).
Selección de eficiencia: otorgue prioridad a los productos con una eficiencia europea ≥98 % y elija modelos con un buen rendimiento de disipación del calor para regiones de altas temperaturas.
Selección del sistema de stent:
Fijo vs Seguimiento:
Para regiones con presupuesto limitado o situadas en latitudes bajas: Tipo fijo, con el costo más bajo
Regiones de alta latitud o ricas en recursos: el seguimiento de un solo eje ofrece la mejor relación costo‑rendimiento (con una mejora del 15% al 25%)
Proyectos de alto valor o requisitos especiales: seguimiento de doble eje para maximizar la generación de energía (en un 25% a 40%)
Selección de materiales:
Proyectos de cimentación generales: soportes de acero galvanizado por inmersión en caliente, alta resistencia, larga vida útil y costo moderado.
Proyecto de cubierta: soporte de aleación de aluminio, ligero, sin añadir carga a la cubierta
Zonas costeras: Acero inoxidable o soportes con tratamiento anticorrosivo mejorado para resistir la corrosión por niebla salina
3. Diseño de optimización del sistema
Distribución y espaciado de los componentes:
Distancia entre el norte y el sur: Asegúrese de que no haya obstáculos en las cercanías del solsticio de invierno. Fórmula de cálculo: D = L × tan (φ - δ + 23,5°)
L: Altura del módulo (m), φ: Latitud local (°), δ: Declinación solar (solsticio de invierno - 23,5°)
Distancia entre el este y el oeste: Para cumplir con los requisitos de acceso para el mantenimiento, suele ser ≥0,8 m.
Espacio vertical: El techo inclinado debe ajustarse según su pendiente para garantizar que la fila trasera no quede obstruida por la fila delantera.
Selección y disposición de cables:
Cable de CC:
Selección de especificaciones: Capacidad de conducción de corriente ≥ corriente de cortocircuito del componente × 1,25; caída de tensión ≤ 2%
Método de tendido: protegido mediante su instalación en tuberías para evitar la exposición directa a la luz solar y los daños mecánicos.
Cable de comunicación:
Selección de la especificación: Capacidad de conducción de corriente ≥ corriente nominal del inversor × 1,25, caída de tensión ≤ 3%
Equilibrio trifásico: Garantizar una carga trifásica equilibrada para reducir las pérdidas del sistema.
4. Protección del sistema y diseño de seguridad
Sistema de protección contra rayos y puesta a tierra:
Pararrayos/banda: protege toda la central eléctrica de las descargas directas del rayo
Protección contra sobretensiones: Instale módulos de protección contra rayos en el inversor y en la caja de distribución para proteger el equipo de las descargas eléctricas inducidas por rayos.
Red de puesta a tierra:
Puesta a tierra independiente: resistencia de puesta a tierra ≤4 Ω, adecuada para zonas con alta resistividad del suelo.
Puesta a tierra combinada: resistencia de puesta a tierra ≤1 Ω, adecuada para zonas con buenas condiciones del suelo
Bonding equipotencial: Todas las partes metálicas se conectan de manera confiable para eliminar las diferencias de potencial.
Protección eléctrica:
Protección contra sobrecorriente: Cada cadena de componentes está equipada con un fusible, y se instala un interruptor automático en el lado de entrada del inversor.
Protección contra sobretensión: El inversor está equipado con protección contra sobretensión de corriente continua (se desconecta cuando la tensión alcanza o supera 1,3 veces la tensión nominal).
Protección contra el aislamiento de la red: El inversor debe contar con una función de detección del efecto de aislamiento, con un tiempo de respuesta inferior a 200 ms.
Protección contra fugas: Dispositivo de corriente residual (DDR), con una corriente de operación ≤30 mA y un tiempo de operación < 0,1 s
5. Evaluación y optimización del esquema de diseño
Generación de energía y evaluación de ingresos:
Estimación anual de la generación de energía: E = H × P × η × 365/1000 (kWh)
Cálculo de ganancias:
Ingresos por autoconsumo: Proporción de autoconsumo × Generación eléctrica × Precio de la electricidad (Industrial: 0,8-1,2 yuanes/kWh)
Ingresos por excedente de electricidad inyectada a la red: proporción de inyección a la red × producción de energía × precio local de la electricidad procedente de carbón desulfurado (0,3-0,45 yuanes/kWh)
Ingresos totales = Ingresos por autoconsumo + Ingresos por excedentes de electricidad conectados a la red - Costos de operación y mantenimiento
Retorno de la inversión:
Plazo de recuperación estático: Inversión total / ingreso neto anual; los proyectos de alta calidad presentan un plazo de recuperación de ≤6 años.
Tasa Interna de Retorno (TIR): Se consideran proyectos dignos de inversión aquellos con una TIR igual o superior al 8%, y los proyectos de alta calidad pueden alcanzar una TIR del 12% o más.
Dirección de optimización del sistema:
Sobredimensionamiento del módulo: En zonas de alta irradiación, la potencia del módulo puede sobredimensionarse entre un 10 % y un 30 % en comparación con la del inversor, lo que mejora la eficiencia del sistema.
Configuración multipunto de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT): Conecte componentes con diferentes orientaciones o inclinaciones a distintos MPPT para reducir las pérdidas por desajuste (hasta un 5%–10%).
Monitoreo inteligente: Equipado con un sistema de monitoreo remoto, optimiza los parámetros operativos en tiempo real, lo que aumenta la generación de energía en un 3% a 5%.
Sugerencia de diseño: El diseño de los sistemas fotovoltaicos debe seguir el proceso de “evaluación de recursos → diseño del esquema → selección de equipos → optimización del sistema → diseño de seguridad → evaluación de beneficios”, y adaptarse a las características específicas del proyecto. Para proyectos de gran escala, se recomienda encargar a un instituto de diseño profesional la realización de un estudio de viabilidad integral y del diseño del sistema.