El diseño de sistemas fotovoltaicos es crucial para garantizar una operación eficiente y estable del proyecto, lo que requiere una consideración integral de las condiciones de recursos, 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 en 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: Afecta la selección de componentes. Las áreas 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℃), 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 mejorar su capacidad de resistencia al viento (≥28 m/s).
Humedad / Rocío salino: Afecta 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: Afecta la dificultad y el costo de la construcción. Si la pendiente es demasiado pronunciada, se requiere un diseño especial.
Condiciones de la cuadrícula:
Capacidad del punto de acceso: determina la capacidad máxima instalada, que generalmente no supera el 25% de la capacidad del transformador.
Política de tarifación de la electricidad: «autogeneración y autoconsumo, con excedentes vendidos a la red» o conexión total 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 de recursos → seleccione módulos de alta eficiencia en áreas de alta irradiación y seleccione módulos de alto rendimiento en áreas de baja irradiación
Escenarios de aplicación → elija componentes de doble cara para centrales eléctricas instaladas en tierra, componentes ligeros para instalaciones en techos y componentes estéticamente atractivos para BIPV (Fotovoltaica Integrada en Edificios)
Presupuesto de inversión → Para presupuestos altos, elija módulos de alta eficiencia tipo N; para presupuestos medios, elija PERC + bifacial; para presupuestos bajos, elija monocristalino convencional.
Condiciones de temperatura → elija componentes con bajo coeficiente de temperatura (HJT o tipo N) para regiones de alta temperatura, y componentes convencionales para regiones frías.
Puntos clave para la selección del inversor:
Selección de tipo:
Centrales solares de gran escala instaladas en tierra (≥10 MW): Inversores centralizados, bajo costo, alta eficiencia
Techos comerciales e industriales (1-10 MW): Tipo distribuido o en cadena, con múltiples MPPT, adaptable a diferentes orientaciones
Sistema residencial (≤1 MW): cadena o microinversor, alta seguridad, fácil mantenimiento
Alineación de capacidad: La potencia nominal del inversor debe ser ≥ 0,8 veces la potencia total de los componentes (teniendo en cuenta las pérdidas), y ≤ 1,2 veces la potencia total de los componentes (para evitar cargas ligeras).
Selección de eficiencia: Priorice los productos con una eficiencia europea ≥98% y elija modelos con un buen rendimiento de disipación térmica para regiones de alta temperatura.
Selección del sistema de stent:
Fijo frente a Seguimiento:
Para regiones con presupuesto limitado o de latitudes bajas: Tipo fijo, con el costo más bajo
Regiones de alta latitud o ricas en recursos: El seguimiento uniaxial ofrece la mejor relación costo-eficiencia (con una mejora del 15%-25%).
Proyectos de alto valor o requisitos especiales: seguimiento de doble eje para maximizar la generación de energía (en un 25%-40%)
Selección de material:
Proyectos generales en tierra: soportes de acero galvanizado por inmersión en caliente, alta resistencia, larga vida útil, costo moderado
Proyecto de techo: soporte de aleación de aluminio, ligero, sin añadir carga al techo
Zonas costeras: Acero inoxidable o soportes con tratamiento anticorrosivo mejorado para resistir la corrosión por salpicaduras de sal.
3. Diseño de optimización del sistema
Diseño y espaciado de componentes:
Distancia entre el norte y el sur: Asegúrese de que no haya obstrucciones alrededor 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 mantenimiento, suele ser ≥0,8 m.
Espaciado vertical: El techo inclinado debe ajustarse según su pendiente para garantizar que la fila trasera no quede bloqueada por la fila delantera.
Selección y disposición de cables:
Cable DC:
Selección de especificaciones: Capacidad de conducción de corriente ≥ Corriente de cortocircuito del componente × 1,25, caída de tensión ≤ 2%
Método de colocación: protegido mediante su instalación en tuberías para evitar la exposición directa a la luz solar y daños mecánicos.
Cable de comunicación:
Selección de especificaciones: Capacidad de corriente nominal ≥ corriente nominal del inversor × 1,25, caída de tensión ≤ 3%
Equilibrio de tres fases: Asegure una carga equilibrada en las tres fases para reducir la pérdida del sistema.
4. Diseño de protección y seguridad del sistema
Sistema de protección contra rayos y puesta a tierra:
Pararrayos/ribete: protege toda la central eléctrica de los rayos directos.
Protección contra sobretensiones: Instale módulos de protección contra rayos en el inversor y la caja de distribución para proteger el equipo de los rayos inducidos.
Red de puesta a tierra:
Tierra independiente: resistencia de tierra ≤4Ω, adecuada para áreas con alta resistividad del suelo
Tierra combinada: resistencia de tierra ≤1Ω, adecuada para áreas con buenas condiciones del suelo
Conexión equipotencial: Todas las partes metálicas están conectadas de manera confiable para eliminar diferencias de potencial.
Protección eléctrica:
Protección contra sobrecorriente: Cada cadena de componentes está equipada con un fusible, y se instala un disyuntor en el lado de entrada del inversor.
Protección contra sobretensión: El inversor está equipado con protección contra sobretensión de CC (se desconecta cuando ≥1,3 veces la tensión nominal).
Protección contra el efecto isla: El inversor debe contar con una función de detección del efecto isla, con un tiempo de respuesta inferior a 200 ms.
Protección contra fugas: Dispositivo de corriente residual (RCD), con una corriente de operación ≤30mA y un tiempo de operación < 0,1s
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:
Ingreso por autoconsumo: Proporción de autoconsumo × Generación de electricidad × Precio de la electricidad (Industrial: 0,8-1,2 yuanes/kWh)
Ingresos por excedente de electricidad en red: proporción en red × generación de energía × precio local de la electricidad procedente de carbón desulfurado (0,3-0,45 yuanes/kWh)
Ingresos totales = Ingresos por autoconsumo + Ingresos por excedente de electricidad conectada a la red - Costos de operación y mantenimiento
Retorno sobre la inversión:
Período de recuperación estático: Inversión total / ingreso neto anual, siendo los proyectos de alta calidad aquellos con un período de recuperación de ≤6 años.
Tasa Interna de Retorno (TIR): Los proyectos con una TIR ≥8% se consideran dignos de inversión, y los proyectos de alta calidad pueden alcanzar una TIR del 12% o más.
Dirección de optimización del sistema:
Sobrerating del módulo: En áreas de alta irradiación, la potencia del módulo puede sobreratarse entre un 10% y un 30% en comparación con el inversor, mejorando así la eficiencia del sistema.
Configuración múltiple de MPPT: Conecte componentes con diferentes orientaciones o inclinaciones a diferentes 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, aumentando así la generación de energía entre un 3% y un 5%.
Sugerencia de diseño: El diseño de sistemas fotovoltaicos debe seguir el proceso «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 exhaustivo de viabilidad y el diseño del sistema.