1FUENTES ALTERNATIVAS DE ENERGAENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICAINTRODUCCIN INTRODUCCIN Esunafuentedeenergaqueatravsdela utilizacin de celdas fotovoltaicas convierte enformadirectalaenergalumnicaen electricidad2VENTAJAS FUNDAMENTALES VENTAJAS FUNDAMENTALES No consume combustible. No produce contaminacin ambiental. Es silenciosa. Tiene una vida til superior a 20 aos. Esresistenteacondicionesclimticasextremas: granizo, viento, temperatura y humedad. Noposeepartesmecnicas,porlotantono requieremantenimiento,exceptolimpiezadel panel. Permite aumentar la potencia instalada mediante la incorporacin de nuevos mdulos.APLICACIONES APLICACIONES Electrificacin rural. Electrificacinderepetidores,balizas,sealizacin martima y vial. Electrificacin autnoma de viviendas e industrias. Electrificacin de grupos de bombeo y riego agrcola. Desalinizacin de augas. Iluminacin vial en parques y vas pblicas retiradas de la red de distribucin. Usos militares y mdicos diversos. Aplicaciones espaciales. Coches elctricos. Hidrgeno solar.3COMPONENTES DEL SISTEMA COMPONENTES DEL SISTEMACOMPONENTES DEL SISTEMA COMPONENTES DEL SISTEMA4LA RADIACIN SOLAR LA RADIACIN SOLAR Contienefotonesatodaslasenergasconformea una distribucin espectral: Desde el infrarrojo (muchos pero poco energticos). Hasta el ultravioleta (pocos pero muy energticos). Aproximadamente el 47% de la energa est en la zona visible del espectro. Fueradelaatmsferaelespectrosolartieneuna irradiancia normal a la superficie de 1.367 W/m2. Al nivel del mar dicha irradiancia ha disminuido a 1.000 W/m2en las mejores condiciones.LA RADIACIN SOLAR LA RADIACIN SOLAR Asupasoporlaatmsfera,laradiacin solarseabsorbe,sedispersayserefleja debidoalosgases,vapordeagua,polvoy partculas contenidos en la misma. As la radiacin que llega a la superficie de la Tierra tiene 3 componentes: Radiacindirecta.Lamayorymsimportante en las aplicaciones fotovoltaicas. Radiacin difusa. Albedo.5LA RADIACIN SOLAR LA RADIACIN SOLAREFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO Se da en gases, lquidos y slidos. Losmejoresresultadossehanobtenidoenlos slidos. Laradiacinsolarincidentesobrelaclulaest comprendida entre las 0,35 y las 3 m de longitud de onda. Elmaterialdelacluladebeserespecialmente sensible a esa franja de radiacin. Losmaterialesmsfrecuentessondetipo semiconductor:laclulaseconcibecomoun diodoespecialmentediseadoparaaprovecharla radiacin con la mayor eficiencia.6EFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO Electrones en el tomo: niveles permitidos, niveles prohibidos. Electronesenlared:bandadeconduccin,banda de valencia y banda prohibida.10eV1eVB.C.B.V.EFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO Semiconductor intrnseco. A temperaturas altas se crean pares electrn-hueco a la razn exponencial de GAP/KT.------Ge4*Ge4*Ge4*- - - - - -- - -Ge4*Ge4*Ge4*- - - - - -------Ge4*Ge4*Ge4*- - - - - -- - -a)- - -Ge4*Ge4*Ge4*- - - - - ----- --Ge4*Ge4*Ge4*- - - - - -------Ge4*Ge4*Ge4*- - - - - -- - -electrnhuecob)7EFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO Semiconductor extrnseco. Semiconductor tipo n, semiconductor tipo p.------Ge4*Ge4*Ge4*- - - - - -- - -Ge4*Sb5*Ge4*- - - - - -------Ge4*Ge4*Ge4*- - - - - -- - --electrna)- - -Ge4*Ge4*Ge4*- - - - - ----- -Ge4*In3*Ge4*- - - - - -------Ge4*Ge4*Ge4*- - - - - -- - -huecob)EFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO En un semiconductor tipo n estn presentes: Electrones libres en la banda de conduccin (portadores de carga mayoritarios). Iones positivos correspondientes al elemento donador. Electronesyhuecoscreadosporagitacintrmica (portadores minoritarios). En un semiconductor tipo p estn presentes: Huecosenlabandadevalencia(portadoresdecarga mayoritarios). Ionesnegativosprocedentesdelasimpurezasquehan captado un electrn y generado y hueco. Electronesyhuecoscreadosporagitacintrmica (portadores minoritarios).8EFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO En la unin p-n: Seformauncampoelctricoensentidonap que frena el movimiento de difusin. Lazonadetransicinquedaconfinadaauna estrecha franja. Si se aplica un campo en el sentido de p a n se reduceaunmslazonadetransicinyse facilita el movimiento de difusin. Si se aplica un campo en elsentidodenapla difusinsevemsobstaculizada,lazonade transicin aumenta su espesor.EFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO-150-100-50050100150-15 -10 -5 0 5 109EFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO Cuandounfotnincideenel semiconductor: Si es en la zona de transicin, el par es captado por el campo en esta zona y neutralizado. Si es en la zona de valencia de la zona p o en la deconduccindelazonanyelfotntiene suficienteenerga,seformaunparelectrn-hueco al saltar el electrn de la p a la n. Para aprovechar este par el material debe ser de granpurezayelespesordelaclulael adecuado.EFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO Corrientederespuestadelaceldaconlalongitud de onda y potencia luminosa incidente.10EFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO Ancho de banda prohibida (Eg): Energamnimadelosfotonesparaproducirelefecto fotovoltaico. Tambin se puede llamar gap de energa. Unidad: electrn-voltio (eV). El electrn con ms de esa energa puede: Ser absorbido en la superficie de la clula. Laabsorcindelosfotonessigueunaleyexponencial determinadaporelcoeficientedeabsorcin(que depende de la energa del fotn). Materiales de gap directo. Materiales de gap indirecto.EFECTO FOTOVOLTAICO EFECTO FOTOVOLTAICO Losmaterialesdegapdirectonecesitanmenor espesordematerialparaabsorberlosfotones solares que los materiales de gap indirecto. Valor ptimo de Eg1,5 eV.1,0 2,43 Sulfuro de Cadmio10,0 1,45 Teluro de Cadmio2,0 1,40 Arseniuro de Galio0,8 1,25 Fosfuro de ndio150,0 1,11 SilicioEspesor para absorber el 90% (m) Eg(eV) Material11LA CLULA FOTOVOLTAICA LA CLULA FOTOVOLTAICA Constituidaporunsemiconductor extrnseco p-n. Parmetros ms relevantes: Corriente de cortocircuito con iluminacin. Tensin a circuito abierto. Corriente de diodo o de oscuridad. Lacorrientegeneradaeslafotovoltaica menos la de oscuridad.LA CLULA FOTOVOLTAICA LA CLULA FOTOVOLTAICA Curva caracterstica:0102030405060700 2 4 6 8 10 12 14 16Tensin(V)Intensidad (mA)IccVo(IM,VM)12LA CLULA FOTOVOLTAICA LA CLULA FOTOVOLTAICA Eficiencia y limitaciones. Potencia mxima a obtener: VMxIM< V0xICC. Factor de forma: Rendimientodelaclulasisuministrauna potencia P: es mximo en el punto de Pmax.0U II VFFCCM M=GxAP= LA CLULA FOTOVOLTAICA LA CLULA FOTOVOLTAICA Eficiencia y limitaciones. Se han llegado a rendimientos tericos del 60%. En las cclulas de silicio: Se ha llegado al 25%. Enlasclulascomercialeselrendimientoest entre el 10 y el 17%. Factoresquelimitanelrendimientodelas clulas: Energa de los fotones incidentes. Prdidas por recombinacin. Resistencia serie. Prdidas por reflexin parcial.13LA CLULA FOTOVOLTAICA LA CLULA FOTOVOLTAICA Parmetros generales: Circuito equivalente.LA CLULA FOTOVOLTAICA LA CLULA FOTOVOLTAICA Variacin de los parmetros generales: Efecto de la intensidad de radiacin solar.14LA CLULA FOTOVOLTAICA LA CLULA FOTOVOLTAICA Variacin de los parmetros generales: Efecto de la temperatura.TIPOS DE MATERIALESTIPOS DE MATERIALES SEMICONDUCTORES SEMICONDUCTORES Clasificaciones de las clulas fotovoltaicas: Atendiendo a la unin P-N. Clulas con homounin. Clulas con heterounin. Atendiendoalmaterialdequeestn construidas: Clulas de silicio. Clulas de pelcula delgada. Clulas de arseniuro de galio. Clulas Tanden.15CLULAS DE SILICIO CLULAS DE SILICIO Materialdelamayorpartedelasclulas fotovoltaicas (industria electrnica). Opciones: Silicio monocristalino. =18% en laboratorio y 12% en clulas comerciales. Silicio policrsitalino. =9% en laboratorio. Silicio amorfo. =5% en laboratorio.Pruebas finalesIncorporacin de los contactosCapa antirreflectanteFormacin de la unin P-NTratamiento qumico de las obleasCorte de las obleasCrecimiento del monocristal(Mtodo Czchralsky)Silicio grado semiconductor(Pureza del 99,9999%)Silicio grado metalrgico(Pureza del 98%)Slice (SiO2)CLULAS Si: PROCESO DE FABRICACIN CLULAS Si: PROCESO DE FABRICACIN16CLULAS Si: PROCESO DE FABRICACIN CLULAS Si: PROCESO DE FABRICACIN Elsiliciomonocristalinosepresentaenlingotes cilndricos de 20 y 200 mm de dimetro y 1 m de longitud. Se corta el lingote en discos delgados. El material sobrante se funde de nuevo. Se eliminan las capas superficiales por tratamiento qumico. Enestaobleadesiliciotipop,sedifunden impurezas tipo n (unin p-n). El espesor de la capa tipo n depender de la temperatura y duracin del proceso de difusin.CLULAS Si: PROCESO DE FABRICACIN CLULAS Si: PROCESO DE FABRICACIN Se reduce la alta reflexin que presenta esta oblea p-n creando una superficie rugosa (texturado). Formacindeloscontactosmetlicospormedio detcnicasserigrficasdepastasconductorasen las dos caras de la oblea. En la parte iluminada los contactos forman una rejilla. En la parte posterior ocupan todo el rea. De nuevo se le aplica una capa antireflectante. Pruebas y medidas elctricas.17CLULAS DE PELCULA DELGADA CLULAS DE PELCULA DELGADA Lasquesepuedenencontrarenelmercado son las de: Silicio amorfo. Arseniuro de galio. Teluro de cadmio. Diseleniuro de cobre e indio.CLULAS DE SILICIO AMORFO CLULAS DE SILICIO AMORFO Sustomosnoconformanninguna estructura.Presentaunaaltadensidadde estados permitidos. Sevefuertementeafectadaporelnivelde contaminacin. Presentaproblemasparaeldopaje.Seaade hidrgeno para rellenar defectos. Sefuerzaunauninp-i-n.Semiconductor directo. Se han alcanzado eficiencias del orden del 13%.18CLULAS DE SILICIO AMORFO CLULAS DE SILICIO AMORFO Ventajas. Material de partida inagotable. Procesodefabricacinmsbaratoqueeldelsilicio cristalino en material y en energa. Laasociacinenseriedeclulassepuederealizarde una sola pieza en la fabricacin. Desventajas. Inestabilidad (degradacin por la exposicin a la luz). Disminuye la intensidad de corto. Disminuye el factor de forma. La tensin de vaco permanece prcticamente igual. Con un tratamiento a alta temperatura se pueden recuperarlas especificaciones originales de la clula.CLULAS DE ARSENIURO DE GALIO CLULAS DE ARSENIURO DE GALIO SemiconductordirectoconunGAPmuy prximo al de mximo aprovechamiento del espectro solar. Presentafacilidadparaenlazarseconotros materialesdemenoranchuradebanda prohibida. Ventajas. Su eficiencia es elevada (sobre el 25%) La sensibilidad de su eficiencia a la temperatura es baja.19CLULAS DE ARSENIURO DE GALIO CLULAS DE ARSENIURO DE GALIO Aplicaciones ms usuales: Usos espaciales. Instalaciones terrestres de concentracin. Inconvenientes. Alto precio. Toxicidaddesuscomponentes(dificultasu produccin a gran escala). Laaltavelocidadderecombinacinsuperficial (se usan capas pasivadoras semiconductoras).CLULAS DE TELURO DE CADMIO CLULAS DE TELURO DE CADMIO Clulaseficientesyestables.=10%, =14%. Para su fabricacin existen distintas tcnicas de coste moderado. Suscaractersticassonprcticamentelas mismasquelasdelasclulasdearseniuro de galio.20CLULAS DE DISELENIURO DE COBRE ECLULAS DE DISELENIURO DE COBRE E INDIO INDIO Semiconductor ternario de tipo directo. Tiene el mayor coeficiente de absorcin medido. Suspropiedadeselectrnicasdependendesu relacin entre cobre e indio. SepuedeaumentarelGAPaadiendogalioque sustituya al indio. Lo ms usual es formar heterouniones con sulfuro de cadmio y una ventana de xido de cinc. Eficiencia: 9% estable y 17%.CLULAS DE SILICIO CRISTALINO DECLULAS DE SILICIO CRISTALINO DE LMINA DESGADA LMINA DESGADA Conespesormuchomayorquelas anteriores. Con las ventajas de las clulas tradicionales de silicio. Enlugardeclulasunicapa,sedisponeen celdasmulticapasconlasuperficie especialmente pasivadas. Eficiencias de hasta el 17,6%.21CLULAS TANDEN CLULAS TANDEN Clulas multiunin. Eficiencia: 35%, 50%. Superposicindeclulasdematerialesde distintoGAPparaadaptarseatodoel espectro solar. La de mayor GAP va encima y la de menor debajo. GaAs con GaSb. Clulaapiladamecnicamenteconcuatro terminales.EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO22EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO El panel fotovoltaico. Agrupacindeclulasenserieyparalelopara conseguirunatensinyunacorriente determinadas. Lasclulasdeunpaneldebentenerlosmismos parmetroselctricosparaasegurarquenose produzcandescompensacionesnilmitesde funcionamiento en el panel. Punto caliente. El panel se caracteriza por la potencia pico. El rendimiento mximo ser algo menor que el de las clulas que lo componenEL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO El panel fotovoltaico. Conexin. Paraobtenerunacorrienteytensindadases necesario conectar los paneles en serie y paralelo. Ladispersindelascaractersticastericasde diseo que presentan los paneles da lugar a prdidas y problemas. El ms importante el punto caliente. Lacorrientemximadeunaramaserieladaelpanelde menor corriente. Pueden conectarse distintas series. Siesadiferenciaesgrande,elpanelencuestinse polariza inversamente. Su temperatura aumenta. Esto sucede tambin si hay algn mdulo en sombra. Se soluciona con diodos de paso en paralelo con las series y con polaridad opuesta a stas dando un paso alternativo a la corriente.23EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO Agrupacin en serie.01020304050607080900 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Tensin(V)Intensidad (mA)P1P2P3P1+2+3EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO Agrupacin en paralelo.0501001502002500 2 4 6 8 10 12 14 16 18Tensin (V)Intensidad (mA)24EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO El panel fotovoltaico. Objetivosprincipalesdelpanelrespectodela clula: Asegurar una estanqueidad suficiente. Garantizarunaadecuadaresistenciamecnicay contra agentes externos. Favorecer la mxima captacin de la radiacin solar. Favorecerlaevacuacindecalordelasclulas.El rendimientodelpaneldependefundamentalmente de la temperatura de las clulas.EL MDULO FOTOVOLTAICO EL MDULO FOTOVOLTAICO Potencia mxima de salida durante el da.25EL MDULO FOTOVOLTAICO EL MDULO FOTOVOLTAICO Interaccin con la carga. Carga resistiva.EL MDULO FOTOVOLTAICO EL MDULO FOTOVOLTAICO Interaccin con la carga. Batera.26EL MDULO FOTOVOLTAICO EL MDULO FOTOVOLTAICO Interaccin con la carga. Motor de corriente continua.EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO El panel fotovoltaico. Componentes: Cubierta superior. Vidrio templado especial con gran calidad ptica. Resistente a los impactos. Superficie exterior lisa para no retener suciedad. Cubierta inferior. Opaca. Proteger las clulas contra agentes externos. Confiere cierta resistencia mecnica al panel. Suele fabricarse con materiales sintticos.27EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO El panel fotovoltaico. Componentes: Material encapsulante. Transparente a la radiacin solar. No se altera con la radiacin ultravioleta. No absorbe humedad. Protege a las clulas ante vibraciones. Sirve de adhesivo a las cubiertas. Suele fabricarse con silicona, polivinilo, EVA. Marco soporte metlico. Fabricado con aluminio anonizado o acero inoxidable. Confiere al panel rigidez y proteccin mecnica. Incorporalostaladrosquepermitenatornillarlosaunbastidoro estructura mayor. Elementos elctricos exteriores. Permitenlainterconexindelospanelesentresyconla instalacin elctrica de forma cmoda y fiable.EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO El fabricante suministra: Las condiciones estndar. La potencia mxima en esas condiciones. Latensineintensidadcorrespondientesaesa potencia mxima. Latensinacircuitoabiertoencondiciones estndar. Laintensidaddecortocircuitoencondiciones estndar.28EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO Elpuntodetrabajoenotrascondiciones diferentes se calcula suponiendo que: Laintensidadaumentaproporcionalmenteala radiacin incidente. Latensindisminuyeproporcionalmenteal aumento de temperatura de la placa. Elrendimientodisminuyeun0,4%porCque aumenta la temperatura de la placa.EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO El panel fotovoltaico. Etapas del proceso de fabricacin. Prueba elctrica y clasificacin de las clulas. Interconexin elctrica de las clulas entre s. Ensamble del conjunto. Laminacin del mdulo. Curado. Enmarcado. Colocacindeterminales,diodos,cajasde conexin. Prueba final.29EL GENERADOR FOTOVOLTAICO EL GENERADOR FOTOVOLTAICO El panel fotovoltaico. Ensayo. Caractersticas elctricas operativas. Aislamiento elctrico. Aspectos fsicos, defectos de terminacin. Resistencia al impacto. Resistencia a la traccin de las conexiones. Resistencia a la niebla salina y a la humedad. Comportamientoatemperaturaselevadaspor tiempos prolongados. Estabilidad al ciclado trmico.SISTEMA DE ACUMULACIN SISTEMA DE ACUMULACIN Necesario porque el perfil de produccin no coincide con el de consumo. Laenergasolarfotovoltaicasepuede almacenar de distintas formas: Aire comprimido. Hidrgeno. Energa trmica. Bateras electroqumica. Esta es la ms usada. Lasbaterasmsusadassonlasdeplomo-cido.30SISTEMA DE ACUMULACIN SISTEMA DE ACUMULACINBATERAS BATERAS Peculiaridadesdelasbaterasensistemas fotovoltaicos: Permanecen mucho tiempo en carga parcial. Deben descargarse muy lentamente. Estnsometidasaciclosdiariosdecargay descarga parciales. Deben exigir escaso mantenimiento. La batera de plomo-cido no se adapta bien a estas exigencias.31BATERAS BATERAS Interaccinentremdulosfotovoltaicosy bateras.BATERAS BATERAS Caractersticas ms importantes: Tensinnominal.Sumadelastensionesnominalesde los elementos que la componen. Descarga: Tiempo de descarga a una intensidad determinada. Intensidad de descarga en un tiempo determinado. Profundidaddeladescarga.Porcentajedecargaquehasido utilizado. En instalaciones fotovoltaicas se recomienda el 40% en acumuladores estancos sin mantenimiento. Rendimientoenergtico.Relacinporcentualentrela energa necesaria para restablecer una cantidad extrada y dicha energa descargada.32BATERAS BATERAS Capacidad nominal CB: CapacidadnominalCB.Cargaelctricaquela bateraescapazdealmacenar.Unidad:Ah. Depende de: El rgimen de carga y descarga. Temperatura. Nmero de ciclos acumulados. Los fabricantes suministran la capacidad de una batera para distintos niveles de descarga. El final de la vida til de una batera se alcanza cuandosucapacidadsereduceal80%dela nominal.BATERAS BATERAS Funcionamiento de una batera: Sucircuitoequivalenteestcompuesto simplemente por una fuente de tensin real.VBIRBI33BATERAS BATERAS Funcionamiento de una batera: Losvaloresdeloselementosdedichafuente, VBIyRBI,dependendelatemperaturaydel estado de carga. Duranteelprocesodecarga:VB= VBI+RBIICARGA. La sobrecarga disminuye su vida til. Autodescarga. Rgimen de flotacin. Duranteelprocesodedescarga:VB=VBI-RBIICARGA. Sobredescarga.TensinfinalVBFquedepende del rgimen de descarga y de la temperatura.BATERAS BATERAS Factores para la eleccin de una batera: Determinacin del tiempo de autonoma. Eninstalacionesfotovoltaicaslacapacidaddela baterasueleserentre3y8veceslaenerga consumida en un da o ciclo de utilizacin. Tensin mnima al final de la descarga. Aspectos relacionados con la carga, la descarga y el ciclo de funcionamiento. Correccin de la capacidad segn el rgimen de descarga,laprofundidaddedescargamxima, latemperatura,eldecrecimientodela capacidad con los ciclos de funcionamiento.34BATERAS BATERAS Funcionesdelabateraenunsistema fotovoltaico: Acumular energa durante las horas de sol para proporcionarlas en las de oscuridad. Proporcionarunaintensidaddecorriente superioralaquepuedenhacerlolospaneles (alimentacin de motores).BATERAS BATERAS Tipos: Bateras de plomo-cido de electrolito lquido. Ampliamente usadas en los sistemas fotovoltaicos. Lasmscomunessonlasdeplomo-antimonio, plomo-selenio, plomo-calcio. Eninstalacionesfotovoltaicaslamejoropcinson las estacionarias de bajo consumo en antimonio. Numerosos ciclos de vida. Baja autodescarga. Reducido mantenimiento.35BATERAS BATERAS Tipos: Bateras selladas. Gelificadas.Nosederraman,puedenmontarseen cualquier posicin, no admiten descargas profundas. Norequierenmantenimientoenformadeagregado deagua,nodesarrollangasesevitandoelriesgode explosin. Electrolitoabsorbido.Nosederraman,pueden montarseencualquierposicin,admitendescargas moderadas.Norequierenmantenimientoenforma deagregadodeagua,nodesarrollangasesevitando el riesgo de explosin.BATERAS BATERAS Tipos: Bateras selladas. Nquel-Cadmio. El electrolito es alcalino. Admitendescargasprofundasdehastael90%dela capacidad nominal. Bajo coeficiente de autodescarga. Altorendimientoantevariacionesextremasde temperatura. Alto rendimiento de absorcin de carga. Muy alto coste comparadas con las bateras cidas.36REGULADORES DE CARGA DE BATERAS REGULADORES DE CARGA DE BATERASBCCCARGAAPANELBREGULADORES DE CARGA DE BATERAS REGULADORES DE CARGA DE BATERAS Realizaelcontroldelestadodecargadela batera.Debeestarenperfectaconsonancia con ella. Funciones. A)Evitarladescargahaciaelpanelen oscuridad. Abre el circuito automticamente. Usadiodosdebloqueoconintensidadesde saturacin pequeas. Cosas a tener en cuenta. Laintensidaddedescargadelabateraesmuypequea aunque no haya diodo de bloqueo. Eldiododebloqueointroduceunacadadetensin apreciable en la carga.37REGULADORES DE CARGA DE BATERAS REGULADORES DE CARGA DE BATERAS Funciones. B) Evita tensiones de carga elevadas. Disipaelexcesodecorrientequevienedelpanel mediante un limitador de tensin. Puede colocarse: En paralelo para potencias bajas. En serie para potencias altas. C) Evita la sobredescarga. Desconectaelreceptorcuandoelniveldecargade la batera alcanza el umbral mnimo.CONVERTIDORES CONVERTIDORES Elementosdelsistemaqueadaptanla energaentregadaporelgenerador fotovoltaicooporlasbaterasalas condicionesrequeridasporlosdistintos tipos de cargas. Tipos. Convertidores de corriente continua. Inversores. Combinacin de ambos.38CONVERTIDORES CONVERTIDORES Convertidores CC-CC. Conviertenlacorrientecontinuaencorriente continuaconotrosvaloresdetensine intensidad. Mantienen la potencia. Estn basados en dispositivos electrnicos. Sontilesparaelseguimientodelpuntode mxima potencia. Viene especificado por sus tensiones de entrada y salida, su potencia nominal y su eficiencia.CONVERTIDORES CONVERTIDORES Convertidores CC-AC (Inversores). Convierten la corriente continua en corriente alterna. Estnbasadosendispositivoselectrnicosde interrupcin y conmutacin. Tipos. De conmutacin natural. De conmutacin forzada. De salida escalonada. De modulacin de anchura de pulsos (PWM). Vieneespecificadoporsutensindeentrada,su potencianominal,sueficienciayeltipodesealque genera.39CONVERTIDORES CONVERTIDORESCONVERTIDORES CONVERTIDORES Convertidores CC-AC (Inversores). Formas de onda: Tipos. Senoidal. Trapezoidal. Cargas: Resistivas. Aparatos electrnicos. THD. Aparatos reactivos. Mododefuncionamientoenesperaobajo consumo.40CONVERTIDORES CONVERTIDORES Suelen tener separacin galvnica. Suelen estar protegidos contra: Inversin de polaridad. Cortocircuito. Sobrecarga a la salida. Baja tensin a la entrada.CONVERTIDORES CONVERTIDORES Condicionesparasuinstalaciny funcionamiento. Instalaciones aisladas. Esprecisolainstalacindeundispositivoque permitaconectarudesconectarlacargaenlos circuitosdesalidadelgenerador.Sihaymsdeun generadoryserequieresincronizacinser necesario un dispositivo que controle la conexin. Conexindetierraindependientedeotras instalaciones.41CONVERTIDORES CONVERTIDORES Condicionesparasuinstalaciny funcionamiento. Instalaciones conectadas a red. Lascondicionesdeconexinydesconexindeben atenersealosreglamentosevigorenellugardela instalacinoalascondicionesrequeridasporla compaaelctrica distribuidora. Loscablesdeconexinsedebendimensionarpara unaintensidadnoinferioral125%delaintensidad mxima del generador, y la cada de tensin mxima permitida a la intensidad nominal es de 1,5%.CONVERTIDORES CONVERTIDORES Condicionesparasuinstalaciny funcionamiento. Instalaciones conectadas a red. Latensingeneradadebeserprcticamente senoidal,conunadistorsinotasamximade armnicos,en%paracualquiercondicinde funcionamiento de: Armnicos de orden par: 4/n. Armnico de orden 3: 5. Armnicos de orden impar (5): 25/n. Cuandolareddedistribucinpblicatengael neutropuestoatierra,elesquematendrla configuracinTT,conectndosesusmasasy receptores a una toma independiente de aqulla.42SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SISTEMAS DE SEGUIMIENTO LaradiacinsolarenunpuntodelaTierra depende de parmetros geogrficos: Latitud. El da del ao. La hora del da. Caractersticas meteorolgicas de cada instante. Temperatura. Existencia de nubes. Laenergacaptadaporlospanelesdepende directamentedelnguloconquelosrayossolares incidan en ellos. Elobjetivoesqueseanperpendiculares:sistemas de seguimiento.SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SISTEMAS DE SEGUIMIENTO Sistemas sin seguimiento. La superficie colectora es fija. Son los sistemas ms econmicos y simples. No existen elementos mviles. Nopermitenelptimoaprovechamientodelaenerga solar. Puede definirse una inclinacin ptima. Aproximacinalosvaloresdeinclinacinptimapor pocadelaosumandoorestandounngulofijoala latitud del lugar. En Espaa ese ngulo es de 15. Apartirdelaradiacincorrespondiente a lahorizontal (disponibleenestadsticasbasadasenvaloresmedios) haysistemasprecisosqueladescomponenensustres componentesparaconocerlacorrespondientealplano inclinado.43SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SISTEMAS DE SEGUIMIENTO Seguimiento en un eje. Diversos mtodos posibles. Rotacin uniforme segn el eje polar. Seguimiento mediante giro en el eje horizontal Este-Oeste. Seguimientomediantegiroenelejehorizontal Norte-Sur.SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SISTEMAS DE SEGUIMIENTO Seguimiento en dos ejes. El ms complejo. Garantizaelmximoaprovechamientodela radiacin solar. Dos mtodos posibles. Seguimiento en elevacin y azimut. Seguimientodeejepolarconajustesperidicos respecto del eje de la declinacin. Reservadoainstalacionesdealtapotenciaque se conectan a red.44SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SISTEMAS DE SEGUIMIENTO Mtodos de seguimiento. Seguimiento por sensores. MidenelnguloformadoporelvectorSolylanormalala placa. Formadosporparesdeelementosfotosensiblesmontados sobre el panel. Posicionamiento relativo. Rigidez de la unin. Los fotosensores detectan la posicin del sol por su radiacin. Los ocultamientos del sol impiden su seguimiento. Esnecesariountiempodereadaptacincuandoaparecede nuevo. Empleadosparapequeosymedianoscolectores independientes.SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SISTEMAS DE SEGUIMIENTO Mtodos de seguimiento. Seguimiento por sensores. Principio de funcionamiento. Error proporcional al ngulo de desviacin que genera la seal de actuacin. Mueven los colectores motores de velocidad constante. Funcionan de forma intermitente. Control de banda. Entre un anochecer y el amanecer siguiente la placa debe hacer el correspondiente giro de 180. Encasodepocaluminosidadesnecesariootrosistemaque busque el sol. Puede llegar a ser aconsejable parar el sistema.45SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SISTEMAS DE SEGUIMIENTO Mtodos de seguimiento. Seguimiento por sensores. Tipos. Sensor Ricerca. Cuatro fotorresistencias que forman unpuentedeWheatstoneporcadaejede movimiento. Sensor Sanda. Basado en las diferentes intensidades generadasporlasclulasfotovoltaicassegnla distintailuminacinquerecibengraciasasu ubicacin en el panel.SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SISTEMAS DE SEGUIMIENTO Mtodos de seguimiento. Seguimiento por reloj solar. 24horaseselintervalomedioentredosmximas elevacionesconsecutivasdelsolencimadel horizonte. Esetiempoestsujetoapequeasvariaciones influyentes. Seguimiento por coordenadas calculadas. Sigue laposicin del sol mediante el clculo de sus coordenadas astronmicas. Es inmune a los nublados.46SOMBRAS SOMBRAS Cuandolasombradeunpaneloscurece partedeotrocontiguoaparecenlos problemas de punto caliente. Puedeserinteresanterealizarunestudio comparativodelaproduccindeenerga estimadaconsiderandodiferentesdistancias de separacin. Unaprimeraaproximacinpodraserla dimensindelasombraproyectadaporlos paneles al medioda del solsticio de invierno multiplicada por 1,25.SOMBRAS SOMBRAS47RECEPTORES RECEPTORES Tensinnominalacordeconla proporcionada por el generador. Vlidos para CC si no hay inversor. De la mayor eficiencia posible. Lmparasfluorescentesconequipoelectrnico de encendido y regulacin.CONDUCTORES CONDUCTORES Aislamiento adecuado. Susseccionesseguirnelreglamentopara que: No se calientes demasiado. Noproduzcanunacadadetensinque provoque el mal funcionamiento del repector. LasprdidasporefectoJouleseanbajas(