Energa Solar

Fotovoltaica

Seminario de Investigacin

Ashley Yanes Delgado

UNAH-VS

Energa Solar Fotovoltaica

Principio de funcionamiento

La conversin fotovoltaica se basa en el efecto fotoelctrico, es decir, en la conversin de la energa lumnica proveniente del sol en energa elctrica.

Para llevar a cabo esta conversin se utilizan unos dispositivos denominados clulas solares, constituidos por materiales semiconductores en los que artificialmente se ha creado un campo elctrico constante. El material ms utilizado es el Silicio Estas clulas conectadas en serie o paralelo forman un panel solar encargado de suministrar la tensin y la corriente que se ajuste a la demanda.

Clasificacin de las instalaciones solares

fotovoltaicas:

Se clasifican en funcin de la aplicacin a la que

estn destinadas:

Huerto Solar

Instalaciones aisladas de la red elctrica.

Instalaciones conectadas a la red elctrica.

Mixtas

Panel o Mdulo Solar

Los paneles fotovoltaicos, son unos equipos construidos con materiales pticos, cuyos materiales son dispuestos de tal forma que retienen la energa solar para transformarla en energa elctrica.

Los paneles fotovoltaicos se pueden clasificar en dos grandes grupos:

Mono cristalino: sus clulas estn formadas por un nico cristal, reconocibles por su forma circular o hexagonal. Debido a su simplicidad estructural son ms econmicos y ligeros.

Poli cristalinos: sus clulas estn formadas por pequeas partculas cristalizadas. La efectividad del conjunto aumenta cuanto mayor es la seccin de estas partculas. Lgicamente son ms costosos que el mono cristalino pero de un rendimiento mucho mayor.

Panel o Mdulo Solar

Son los encargados de captar

la radiacin solar y

transformarla en electricidad,

generando una corriente

continua (CC).

El nmero de paneles quedar

determinado por la potencia

que se necesita suministrar, y su

disposicin y forma de

conexionado (en serie o en

paralelo), ser en funcin de la

tensin nominal de suministro y

la intensidad de corriente que

se desee generar.

Parmetros incluidos en la ficha de

caractersticas tcnicas del Panel Solar

Potencia nominal o mxima (PMX)

Tensin en circuito abierto (VOC)

Intensidad de cortocircuito (ISC )

Tensin en el punto de mxima potencia

(VM VMX)

Intensidad de corriente mxima (IM IMX)

Reguladores de Carga Un regulador de carga es un equipo encargado de controlar y regular el paso de corriente elctrica desde los mdulos fotovoltaicos hacia las bateras.

Etapa de regulacin.

Consiste en interconectar paneles, bateras y receptores para que puedan funcionar en sintona sin perjudicar el funcionamiento de ninguno de ellos.

Este aparato desarrolla tres tareas fundamentales:

Evitar sobrecargas en las bateras que puedan producir daos. Esto lo consigue controlando la cantidad de intensidad que le puede llegar al sistema de acumulacin. Esta cantidad de corriente depende de los tipos de bateras usados y del nmero de bateras del que se dispongan.

Impide la descarga de las bateras, en periodos de luz solar escasa. Esto lo consigue actuando como un interruptor, seccionando la instalacin cuando los paneles empiezan a consumir energa elctrica, esto ocurre cuando la luz que incide sobre ellos no es suficiente para producir.

Asegura el funcionamiento del sistema en el punto de mxima eficacia.

Las caractersticas elctricas

de los reguladores de carga

Tensin de funcionamiento: es la tensin a la que debe estar conectado el sistema generador (paneles), normalmente 12 o 24V.

Intensidad de carga: se corresponde

con la mxima intensidad que puede entregar el sistema generador en servicio permanente.

Intensidad de descarga: es la

mxima intensidad que puede entregar el regulador de manera permanente. Este valor debe corresponderse con la capacidad mxima del sistema de acumulacin, de esta manera se evitarn sobrecargas en las mismas.

Bateras o sistemas acumuladores solares

Se utilizan para almacenar la energa elctrica generada por el sistema de generadores fotovoltaicos, con objeto de disponer de ella en periodos nocturnos o en aquellas horas del da que no luzca el sol.

El sistema de acumulacin es el encargado de almacenar la energa elctrica generada por los paneles solares, para que pueda usarse en cualquier momento. El sistema de acumulacin de una instalacin solar fotovoltaica est compuesto por una cantidad de bateras tipo vaso de dos voltios cada una, el nmero de bateras depende de la tensin de servicio y de la cantidad de energa que queramos acumular.

La capacidad de una batera se mide en amperios-hora (Ah), unidad de carga elctrica que indica la cantidad de carga elctrica que pasa por los terminales de una batera. Indica la cantidad de electricidad que puede almacenar durante la carga la batera, para despus devolverla durante su descarga.

Bateras

Principio de funcionamiento

Carga

Descarga

Caractersticas elctricas de las bateras.

Resistencia interna

Rendimiento

Vida til

Capacidad

Auto-descarga

Velocidad de carga y descarga

Inversor o Convertidor DC/AC

El convertidor de corriente DC/AC, tambin llamado inversor u ondulador, es un dispositivo electrnico de potencia encargado de convertir la corriente continua (DC) proveniente de los generadores fotovoltaicos en corriente alterna (AC) para su consumo en la vivienda. Adems sincroniza la frecuencia de la corriente inyectada con la de la red, adaptndola a las condiciones requeridas segn el tipo de carga, garantizando as la calidad de la energa vertida en la instalacin elctrica de la vivienda.

Los inversores vienen caracterizados principalmente por la tensin de entrada desde las bateras, la potencia mxima que puede proporcionar y su eficiencia o rendimiento de potencia

Inversores

Los inversores en las instalaciones fotovoltaicas deben cumplir las siguientes exigencias:

Debern ofrecer una eficiencia lo ms alta posible que minimice las prdidas

Estar adecuadamente protegidos contra cortocircuitos y sobrecargas, como ms adelante se ver.

Disponer de elementos que incorporen el rearme y desconexin automtica del inversor.

Poder admitir demandas instantneas de potencia mayores del 150% de su potencia mxima o nominal.

Ofrecer una baja distorsin armnica y bajo autoconsumo.

Disponer de aislamiento galvnico. Disponer de sistema de medida y

monitorizacin. Incorporar controles manuales que

permitan el encendido y apagado general del inversor, y su conexin y desconexin a la interfaz AC de la instalacin.

Entre las protecciones que deben incorporar en sus funciones los inversores de corriente, stas debern ser las siguientes:

Proteccin contra sobrecargas y cortocircuitos

Proteccin contra calentamiento excesivo

Proteccin de funcionamiento modo isla

Proteccin de aislamiento.

Proteccin contra inversin de polaridad.

La envolvente o carcasa que protege el dispositivo inversor ofrecer un grado de aislamiento.

Protecciones Las protecciones necesarias para instalar en la parte continua, situadas antes del inversor, con objeto de poder detectar y eliminar cualquier incidente en la instalacin, garantizando as la proteccin de los equipos conectados y de las personas.

Adems de las protecciones integradas en el inversor, habr que incluir los dispositivos de proteccin necesarios que realicen las siguientes labores de protecciones elctricas:

Proteccin contra sobrecargas: Una sobrecarga ocurre cuando existe un valor excesivo de intensidad ocasionado por un defecto de aislamiento, una avera o una demanda excesiva de carga.

Los dispositivos de proteccin contra sobrecargas podrn ser, bien un interruptor automtico de corte omnipolar con curva trmica de corte, o un fusible.

Proteccin contra cortocircuitos: El origen para que se produzca un cortocircuito suele estar en una conexin incorrecta o en un defecto de aislamiento.

Proteccin contra sobretensiones: Una sobretensin en una instalacin fotovoltaica para autoconsumo tiene su origen en descargas atmosfricas (rayos) que se realizan sobre las partes altas de la estructura metlica que soporta los paneles. La proteccin contra estos fenmenos se realiza con unos aparatos llamados autovlvulas o pararrayos.

Aplicaciones Instalaciones aisladas de la red elctrica.

La energa generada a partir de la conversin fotovoltaica se utiliza para cubrir pequeos consumos elctricos en el mismo lugar donde se produce la demanda. Es el caso de aplicaciones como la electrificacin de:

Viviendas alejadas de la red elctrica convencional, bsicamente electrificacin rural.

Servicios y alumbrado pblico: iluminacin pblica mediante farolas autnomas de

parques, calles, monumentos, paradas de autobuses, refugios de montaa, alumbrado de vallas publicitarias, etc. Con la alimentacin fotovoltaica de luminarias se evita la realizacin de zanjas, canalizaciones, necesidad de adquirir derechos de paso, conexin a red elctrica, etc.

Aplicaciones agrcolas y de ganado: bombeo de agua, sistemas de riego, iluminacin de invernaderos y granjas, suministro a sistemas de ordeo, refrigeracin, depuracin de aguas, etc.

Sealizacin y comunicaciones: navegacin area (seales de altura, sealizacin de

pistas) y martima (faros, boyas), sealizacin de carreteras, vas de ferrocarril, repetidores y reemisores de radio y televisin y telefona, cabinas telefnicas aisladas con recepcin a travs de satlite o de repetidores, sistemas remotos de control y medida.

El balizamiento es una de las aplicaciones ms extendida, lo que demuestra la alta

fiabilidad de estos equipos.

Instalaciones conectadas a la red Se pueden encontrar dos casos:

Centrales fotovoltaicas, (en las que la energa elctrica generada se entrega directamente a la red elctrica, como en otra central convencional de generacin elctrica) y

Sistemas fotovoltaicos en edificios o industrias, conectados a la red elctrica, en los que una parte de la energa generada se invierte en el mismo autoconsumo del edificio, mientras que la energa excedente se entrega a la red elctrica.

Tambin es posible entregar toda la energa a la red; el usuario recibir entonces la energa elctrica de la red, de la misma manera que cualquier otro abonado al suministro.

Ventajas Al no producirse nngn tipo de combustin, no se generan

contaminantes atmosfricos en el punto de utilizacin, ni se producen efectos como la lluvia cida, efecto invernadero por CO2, etc.

El Silicio, elemento base para la fabricacin de las clulas fotovoltaicas, es muy abundante, no siendo necesario explotar yacimientos de forma intensiva.

Al ser una energa fundamentalmente de mbito local, evita pistas, cables, postes, no se requieren grandes tendidos elctricos, y su impacto visual es reducido.Tampoco tiene unos requerimientos de suelo necesario excesivamente grandes (1kWp puede ocupar entre 10 y 15 m2).

Prcticamente se produce la energa con ausencia total de ruidos.

Adems, no precisa ningn suministro exterior (combustible) ni presencia relevante de otros tipos de recursos (agua, viento).

Inconvenientes

Impacto en el proceso de fabricacin de las placas:

Extraccin del Silicio,

fabricacin de las clulas

Explotaciones conectadas

a red: Necesidad de

grandes extensiones de

terreno Impacto visual

Barreras para su desarrollo

De carcter administrativo y legislativo: Falta de normativa sobre la conexin a la red

De carcter inversor: Inversiones iniciales elevadas

De carcter tecnolgico: Necesidad de nuevos desarrollos tecnolgicos

De carcter social: Falta de informacin

Procedimiento para el Clculo

de un Sistema Fotovoltaico

Autnomo

Horas de Sol Pico o HPS [horas].

Los pasos a seguir siempre para

dimensionar el sistema fotovoltaico

autnomo son siempre:

1) Estimacin del consumo.

2) Datos del lugar donde se realizar la instalacin para saber la irradiacin de la que dispondremos.

3) Dimensionado del generador fotovoltaico (nmero de paneles necesarios).

4) Dimensionado del sistema de acumulacin (nmero de bateras).

5) Dimensionado del regulador.

6) Dimensionado del inversor.