COMPONENTES DE UNA ISFV

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¿QUÉ DEBEMOS SABER? Introducción a la FV

Diferenciar los distintos tipos de instalaciones FV. Célula Fotovoltaica

Módulos FV Tipos de Módulos Características Técnicas de los Módulos FV. Asociación Módulos, paneles, cadenas…

Regulador Características básicas, curvas U-I Tipos y Selección.

Acumulador Especificaciones Técnicas. Tipos y Selección.

Inversor Datos Característicos. Tipos y Selección.

ISFV: COMPONENTESINTRODUCCIÓN A LA FOTOVOLTAICA

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ENERGÍA DEL SOL

Sol

Solar Térmica

Solar Termoeléctrica

Solar Fotovoltaica

IND

IREC

TO

SD

IREC

TO

S

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INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS: TIPOLOGIA La luz del sol es convertida directamente a electricidad

mediante el uso de las células solares. Dos Grandes Grupos:

a) Sistemas conectados a red.b) Sistemas aislados.

¿Principal diferencia?

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INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS: AISLADA

OBJETIVO:

• Dotar de energía al lugar donde están instaladas.

Aplicaciones:

• Lugares donde NO es viable hacer llegar la red publica por coste, conveniencia o accesibilidad. Por ejemplo: Refugios de montaña, repetidores, viviendas, bombeo de agua…

Componentes Básicos:

• Módulos FV.• Regulador.• Baterías.• Inversor (Si se necesita CA).

ISFV Autónoma

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ISFV: CONECTADA A REDOBJETIVO:

• Producir electricidad para venderla.

CARACTERÍSTICAS:

• Deben estar cerca de líneas de distribución.• El productor continúa pagando su consumo (0’14 € KWh).• El productor cobra la energía que produce (0’32 € KWh).• No necesita baterías para almacenar energía.• Los convertidores c.c./c.a. son de mayor calidad.• El CTE (HE5) exige la instalacion FV de ciertas instalaciones (Hospitales, supermercados…)

COMPONENTES BÁSICOS

• Módulos.• Inversor.• Contadores

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ISFV: TIPOLOGIA (HIBRIDAS)

Bornay

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CLASIFICACIÓN ISFV : AISLADAS

Telecomunicaciones:

• Telefonía rural, vía radio; repetidores (de telefonía, televisión…).

Electrificación de zonas rurales y aisladas:

• Viviendas aisladas, de ocupación permanente o periódica, refugios de montaña, etc. • En países del tercer mundo para electrificar aldeas.

Señalización:

• Se aplica, por ejemplo, a señales de tráfico luminosas, formadas por diodos LED, alimentados por un panel solar y una batería.

Alumbrado público:

• Se utiliza en zonas en las que resulta complicado llevar una línea eléctrica convencional (parques naturales, reservas…).

Bombeo de agua:

• Granjas, pueblos, etc. Tanto para agua potable como para riego.

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CLASIFICACIÓN CONECTADAS RED: SÍNTESIS

Generan electricidad para venderla.

Concentración de instalaciones solares con diferentes propietarios

Centrales fotovoltaicas y huertos solares

Edificios fotovoltaicosIntegración de paneles

en la arquitectura, generalmente en los

tejados

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CLASIFICACIÓN EN IMÁGENES

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ELEMENTOS DE UNA ISFV AUTÓNOMA

Podemos encontrarnos con:

Convierte la energía del Sol en energía eléctrica de CC.

Convierte la corriente continua en alterna

Unión entre los paneles solares y los elementos de consumo.

Acumulador de energía para la instalación

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ELEMENTOS ISFV: CÉLULA SOLAR Una célula solar esta formada por la unión de un semiconductor

tipo P y uno tipo N. La región tipo P tiene exceso de huecos y la tipo N exceso de

electrones. En el área de contacto entre las dos caras se produce una

restructuración electrón-hueco que genera una barrera que impide el paso de la corriente (paso de electrones de la zona N a la zona P).

Al aplicar una tensión (0.2V Ge -- 0,7V Si) “se rompe” esta barrera y se permite el paso de electrones en una sola dirección (Diodo).

Semiconductores

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ELEMENTOS ISFV: CÉLULA SOLAR Funcionamiento básico:1. Parte expuesta al sol (N) : Excedente de electrones.2. Zona en oscuridad (P): Falta de electrones.3. Zona Unión se comporta como una barrera aislante (Pares electrón-

Hueco).4. Cuando incide la luz (fotones) sobre la cara (N) se suministra

suficiente energía a los electrones para que se liberen (Se crean pares electrón-hueco). Creando un diferencia de potencial.

5. Si conectamos las dos caras de la célula a través de una carga, circulará por ésta una corriente eléctrica.

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ELEMENTOS ISFV: CÉLULA SOLAR

A través de los contactos metalizados obtenemos la tensión y la intensidad producida en función de la radiación recibida

Debe dejar pasar la radiación. La cara no expuesta es metálica.

¿Cómo se fabrican?

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ELEMENTOS ISFV: CÉLULA SOLARAlto rendimiento, de Arseniuro de Galio:

• Material raro y caro, coste elevado, η > 35%

De película delgada, Thin Film ( 0’35 μm):

• Módulo continuo y Flexible. No tiene interconexión entre células, η < 17%

Monocrisalinas con lentes de Fresnel

• Con elementos ópticos permiten concentrar la luz del sol multiplicando su intensidad.

• La eficiencia (η) ya alcanza el 41 %.

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ELEMENTOS ISFV: NUEVAS TECNOLOGÍAS

Células Solares Esféricas

• Desarrolladas por la empresa Japonesa Kyosemi Corporation.• Pueden captar la luz en cualquier ángulo (no necesitan seguidor solar).• Son transparentes, por lo que se pueden utilizar como ventanas solares.

Células Solares Orgánicas

• Fabricación más económica (grafeno).• Pueden ser flexibles y transparentes.• Menos rendimiento que con el silicio.

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TAREA 1:

1. Localiza en Internet, empresas, catálogos… alguna empresa que se dedique a la realización de instalaciones solares conectadas a red y aisladas. Estudia y explica las características principales (potencia, ubicación, componentes…) al menos dos instalaciones que estén en funcionamiento de cada (aisladas y conectadas a red).

2. ¿Cómo se clasifican las instalaciones fotovoltaicas?3. ¿Qué aplicaciones puede tener la energía solar en Instalaciones autónomas?4. Busca al menos 3 empresas que se dediquen a fabricar / comercializar productos de

fotovoltaica y explica sus principales características (ubicación, productos, precios…). 5. ¿Para qué sirve una central solar fotovoltaica autónoma? ¿Es igual que un huerto solar?

¿Por qué?6. Realiza una clasificaciones de todas las instalaciones FV posibles que hemos visto

(telecomunicación, alumbrado,…). Acompaña esta clasificación de imágenes reales y describe sus características básicas (precio, fabricante, potencia, ubicación de la instalación…).

7. Explica con tus palabras qué es un semiconductor y enumera 3 aplicaciones comerciales.8. Explica el funcionamiento de producción de electricidad directa en una célula

fotovoltaica.9. Busca 2 empresas que vendan células FV y compara los productos (potencia, precio…).10. Explica los tipos de células que se comercializan en la actualidad y sus características

principales.

ISFV: COMPONENTESMÓDULOS FOTOVOLTAICOS

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ELEMENTOS ISFV: PANEL FOTOVOLTAICO

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ELEMENTOS ISFV: TIPOS DE PANELES

ELEMENTOS ISFV: TIPOS DE PANELES

Si-PolicristalinoSi-Monocristalino GaAs-Con concentrador

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¿Cómo se fabrican?

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ELEMENTOS ISFV: TIPOS DE PANELES

¿Aplicaciones Grafeno?

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ELEMENTOS ISFV: PANEL FOTOVOLTAICO

Un panel estándar está compuesto de: Una lámina protectora en la parte superior

con una elevada transparencia. Un material encapsulante que evita el

contacto directo entre el vidrio y la célula, elimina los intersticios originados por las imperfecciones superficiales de las células y aísla eléctricamente la célula del resto del panel, suele utilizarse Etileno Vinilo Acetato (EVA).

El conjunto de células conectadas en serie/paralelo.

Un soporte (vidrio, metal, plástico) en la parte posterior.

Un bastidor metálico, normalmente de aluminio.

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ELEMENTOS ISFV: PANEL FOTOVOLTAICO

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ISFV: PANEL FOTOVOLTAICO (PARÁMETROS)

Tensión de circuito abierto (VOC):

• La máxima tensión del panel, cuando NO está conectado a ninguna carga (en vacio).

Corriente de cortocircuito (ISC):

• Máximo valor de corriente que puede suministrar el panel (terminales en cortocircuito).

La potencia máxima (Pm):

• La potencia máxima que puede entregar el panel en condiciones estándar.

Imp

• Intensidad producida en el punto de máxima potencia.

Vmp

• Tensión en el punto de potencia máxima

FF factor de llenado:

• Parámetro que indica la relación entre la potencia máxima y el producto (Voc . Isc ).

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ISFV: PANEL FOTOVOLTAICO (PARÁMETROS)

Máxima Intensidad I

MáximaTensión V

·IV ·

m

m

scoc

mmm IVP

08)-07 :(típico

forma deFactor

·

·

FF

scoc

mm

IV

IVFF

Vco ISC

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ISFV: PANEL FOTOVOLTAICO (CURVA V-I)

En cortocircuito la intensidad es máxima (Isc)Sin carga la tensión es máxima (Vco)¿Potencia en estas dos situaciones? 0 W

Al aumentar la tensión, aumenta la potencia hasta llegar Pm, después desciende.

Condiciones Estándar (STC):

• 1 kW/m2 irradiación. perpendicular a los paneles.

• 25 °C de temperatura en las células.• Masa de aire (MA) igual a 1,5

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ISFV: VARIACIÓN DE LA ENERGÍA PRODUCIDA

La variación de la energía depende de:1. Irradiancia.2. Temperatura de los módulos.3. Sombreados.

Variación U-I (sin carga) en función de la Irradiancia:

La I desciende y laLa Variación U es Mínima.

ISFV: VARIACIÓN DE LA ENERGÍA PRODUCIDA

Variación de curva U-I según Temperatura: El módulo (sin carga) reacciona al contrario que

en caso anterior, es decir:

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La I no varia mucho y laU Desciende.

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ISFV: VARIACIÓN DE LA ENERGÍA PRODUCIDA Variación de la eficiencia por Sombras:

A la sombra una célula deja de producir energía y pasa a comportarse como una carga.

Se comporta como un diodo bloqueando la corriente que generan las células conectadas en serie.

Además puede llegar producir daños en el módulo por sobrecalentamiento “efecto punto caliente”.

Normalmente los módulos comerciales llevan de 2 a 4 diodos By-pass (según nº de células).

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ISFV: AGRUPAMIENTO DE PANELES

Diodo de bloqueo y by-pass:Provoca Tensión Inversa La célula = ReceptorSe calienta Reducimos su vida útil

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TAREA 2: DISEÑA UN PANEL FV Para montar un sistema de iluminación en el jardín

de una casa de campo, necesitamos un panel solar capaz de proporcionar a su salida una tensión de 6 V, y una corriente máxima de 9 A. Para ello contamos con unas células solares cuyas características son: VOC = 0,3 V ISC = 1,5 A Dimensiones: 10 × 10 cm

Realiza un esquema de cómo habría que conectar las células para obtener el módulo apropiado para este sistema de iluminación.

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TAREA 3: ESTUDIO DE CATÁLOGOS

Los fabricantes de módulos nos suelen proporcionar diferentes tipos de gráficas y datos característicos: Curva U-I para condiciones estándar (STC). Curva U-I para diferentes Temperaturas e Irradiancias. Potencia de Pico. Tensión en Vacio…

Tu tarea en este ejercicio consistirá en obtener el catálogo de al menos dos fabricantes y comparar dos módulos distintos (potencia, tipo, aplicación…) de cada fabricante. Comparar (tipo de células y nº, potencia, intensidad, curvas U-I, protección by-pass…). Realiza una presentación ppt y expón los resultados obtenidos.

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TAREA 4: AGRUPACIÓN DE PANELES Ejercicios agrupación de paneles solares

1. Utilizar paneles solares cuyas características se dan a continuación:

La potencia total que se espera consumir en la instalación es de 4 puntos de luz de 30W, trabajando a 12 voltios DC. Decidir qué tipo de panel utilizar, cuántos paneles son necesarios y de qué forma habría que conectarlos.

Buscar catálogo general de Atersa y selecciona el modelo y cantidad de paneles necesarios para suministrar a una vivienda una potencia de 3600W. Intenta ocupar la superficie mínima.

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TAREA 5: APROXIMACIÓN POTENCIA AISLADA

Utilizando los catálogos de síliken, atersa, BP-solar… Calcula, selecciona el modelo y dibuja el esquema eléctrico de conexión de los paneles necesarios para suministrar electricidad a un refugio de montaña instalado en castell de castells. Si deseamos iluminar las siguientes estancias con una potencia luminosa de:

a) Salón: 2200 lumenb) 4 Habitaciones: 550 lumen cada una.c) Baño: 550 lumen.d) Cocina: 2200 lumen.e) Otros usos eléctricos: 100W.

La instalación puede funcionar a 12 o 24 VDC.No tener en cuenta la necesidad de acumuladores.Realizar también un presupuesto del materialeléctrico necesario (sin tener en cuenta el cable).