Modulo y generador

MÓDULO Y GENERADOR FOTOVOLTAICO

OSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO

ÍNDICE

1 MÓDULO FOTOVOLTAICOIntroducciónModelado de un móduloPunto Caliente

2 GENERADOR FOTOVOLTAICODefiniciónPérdidas por dispersión

3 EJEMPLOS DE GENERADORES FOTOVOLTAICOS

MÓDULO FOTOVOLTAICOGENERADOR FOTOVOLTAICO

EJEMPLOS DE GENERADORES FOTOVOLTAICOS

INTRODUCCIÓNMODELADO DE UN MÓDULOPUNTO CALIENTE

MÓDULO FOTOVOLTAICO

Las características eléctricas de una célula no sonsuficientes para alimentar las cargas convencionales.Es necesario realizar agrupaciones en serie y paralelo paraentregar tensión y corriente adecuadas.Un módulo fotovoltaico es una asociación de células a lasque protege de la intemperie, las aisla eléctricamente delexterior dando rigidez mecánica al conjunto.Existen multitud de módulos diferentes, tanto por suconfiguración eléctrica como por sus característicasestructurales y estéticas.

OSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO ESF:MODULO Y GENERADOR




ESTRUCTURA DE UN MÓDULO FOTOVOLTAICO

La asociación de células es encapsulada en dos capas deEVA (etileno-vinilo-acetato), entre una lámina frontal devidrio y una capa posterior de un polímero termoplástico(frecuentemente se emplea el tedlar) u otra lámina decristal cuando se desea obtener módulos con algún gradode transparencia.Este conjunto es enmarcado en una estructura de aluminioanodizado con el objetivo de aumentar la resistenciamecánica del conjunto y facilitar el anclaje del módulo alas estructuras de soporte.





ESTRUCTURA DE UN MÓDULO FOTOVOLTAICOEL VIDRIO FRONTAL

Debe tener y mantener una alta transmisividad en labanda espectral en la que trabajan las células solares.Debe tener buena resistencia al impacto y a la abrasión.Su superficie debe ser de forma que combine un buencomportamiento antireflexivo con la ausencia de bordes odesniveles que faciliten la acumulación de suciedad odificulten la limpieza de ésta mediante la accióncombinada del viento y la lluvia.Frecuentemente se emplea vidrio templado con bajocontenido en hierro con algún tipo de tratamientoantireflexivo.





ESTRUCTURA DE UN MÓDULOEVA

El encapsulante a base de EVA, combinado con untratamiento en vacío y las capas frontal y posterior, evita laentrada de humedad en el módulo, señalada como lacausa principal de la degradación a largo plazo demódulos fotovoltaicos.Además, esta combinación permite obtener altos nivelesde aislamiento eléctrico.





ESTRUCTURA DE UN MÓDULOCONFIGURACIÓN ELÉCTRICA

Una configuración eléctrica muy común hasta hace unosaños empleaba 36 células en serie para obtener móduloscon potencias comprendidas en el rango 50 Wp–100 Wpcon tensiones en MPP cercanas a los 15 V enfuncionamiento.Estos módulos eran particularmente adecuados para suacoplamiento con baterías de tensión nominal 12 V en lossistemas de electrificación rural.Con el protagonismo abrumador de los sistemasfotovoltaicos de conexión a red, esta configuración haperdido importancia. Ahora son frecuentes los módulos depotencia superior a los 200 Wp y tensiones en el rango30 V–50 V.





NORMA INTERNACIONAL IEC 61215

Para los módulos compuestos por células de siliciocristalino es de aplicación la norma internacionalIEC-61215 “Crystalline Silicon Terrestrial Photovoltaic (PV)Modules - Design Qualification and Type Approval”.Esta norma internacional recoge los requisitos de diseño yconstrucción de módulos fotovoltaicos terrestresapropiados para su operación en períodos prolongados detiempo bajo los efectos climáticos.Detalla un procedimiento de pruebas a los que se debesometer el módulo que desee contar con la certificaciónasociada a esta normativa





MODELADO DEL MÓDULO

SUPOSICIONES

Los efectos de la resistencia paralelo son despreciablesLa corriente fotogenerada (IL) es igual a la corriente decortocircuitoEn cualquier condición de operación exp(V+I·Rs

Vt) � 1

I = Isc · (1 − exp(V − Voc + I · Rs

Vt)






La corriente de cortocircuito depende exclusivamente y deforma lineal de la irradiancia.

Isc = Gef ·I∗scG∗

La tensión de circuito abierto depende exclusivamente dela temperatura de célula, y decrece linealmente con ella.

Voc(Tc) = V∗oc + (Tc − T∗

c ) ·dVoc

dTc






La temperatura de operación de la célula depende de latemperatura y la irradiación.

Tc = Ta + G · NOCT − 20800

Como consecuencia, la eficiencia decrece a razón de 0,5 %por grado centigrado.La resistencia serie es independiente de las condicionesde operación.





TONC

Temperatura que alcanza una célula cuando su módulo trabajaen las siguientes condiciones:

Irradiancia: G = 800 W/m2

Espectro: el correspondiente a AM = 1,5.Incidencia normalTemperatura ambiente: Ta = 20 ◦C.Velocidad de viento: vv = 1 m/s.





EJEMPLO DE CÁLCULOFACTOR DE FORMA CONSTANTE

Calcular el comportamiento eléctrico de un generadorfotovoltaico constituido por 40 módulos, asociados en 4 ramas.Las condiciones de operación de este generador son:Gef = 700 W/m2 y Ta = 34◦C.De las fichas técnicas del módulo se extrae la siguienteinformación: I∗sc = 3 A, V∗

oc = 19, 8 V, I∗mpp = 2, 8 A yV∗

mpp = 15,7 V.Cada módulo está constituido por 33 células asociadas en serie.La TONC del módulo es de 43◦C.





PUNTO CALIENTE

Ir

− C1

IC1

C2 C3

C4

IC4

C5 C6+





PUNTO CALIENTE

Tensión Modulo (V)

Tens

ión

Cél

ula(

V)

−3

−2

−1

0

0 1 2 3

V1

V4





PUNTO CALIENTE

Tensión Modulo (V)

Pot

enci

a C

élul

a (W

)

−4

−3

−2

−1

0

0 1 2 3

P1

P4





DIODO DE PASO

Ir

− C1

IC1

C2 C3

C4

IC4

C5 C6+

D1ID1D2ID2





CURVAS I-V CON DIODO DE PASO

Tensión (V)

Cor

rient

e (A

)

5

10

0 1 2 3

Ir

I1

I4

I11

Id2





TENSIÓN CON DIODO DE PASO

Tensión Modulo (V)

Tens

ión

Cél

ula(

V)

−1.5

−1.0

−0.5

0.0

0.5

0 1 2 3

V1

V4

VD1

VD2





CURVAS POTENCIA CON DIODO DE PASO

Tensión Modulo (V)

Pot

enci

a C

élul

a (W

)

−2

−1

0

1

2

0 1 2 3

P1

P4

PD1

PD2





CURVA MÓDULO CON DIODOS DE PASO

Tensión Módulo (V)

Pot

enci

a M

ódul

o (W

)

−10

0

10

20

0 1 2 3





DIODOS DE PASO

−C1 C12 C13 C24 C25 C36

+

D1

D2


ÍNDICE






DEFINICIÓNPÉRDIDAS POR DISPERSIÓN

GENERADOR FOTOVOLTAICO

Un generador fotovoltaico es una asociación eléctrica demódulos fotovoltaicos para adaptarse a las condiciones defuncionamiento de una aplicación determinada.Se compone de un total de Np · Ns módulos, siendo Np elnúmero de ramas y Ns el número de módulos en cadaserie.El número de ramas define la corriente total del generadory el número de modulos por serie define la tensión delgenerador.





GENERADOR FOTOVOLTAICO





PÉRDIDAS POR DISPERSIÓN

Los parámetros eléctricos de un módulo FV presentandispersión: la producción energética será menor que la ideal.






La corriente de máxima potencia de un conjunto de módulospuede caracterizarse por una distribución tipo Weibull

f (Impp) = αβ−αIα−1mpp exp

[−

(Impp

β

)α]siendo α el factor de forma y β el factor de escala de ladistribución. La eficiencia de conexión serie es:

ηcs =Irmpp

Impp

siendo Irmpp la corriente de la rama, y Impp la media de las

corrientes del grupo de módulos.






A partir de la distribución y la definición de eficiencia deconexión serie puede deducirse que ésta se calculamediante

ηcs = N− 1α

siendo N el número de módulos en la serie. Por tanto, laeficiencia disminuye si aumenta N. Asimismo, laeficiencia aumenta con α.Por otra parte, puede demostrarse que la tensión de ungrupo de módulos puede modelarse mediante una funcióngaussiana y que la dispersión de valores de tensión essuficientemente baja para poder considerar que laeficiencia de conexión de ramas en paralelo es igual a 1.






La dispersión de un conjunto depende inversamente delvalor de α, así que un método para reducir las pérdidaspor dispersión consiste en realizar clasificaciones de losmódulos atendiendo a sus valores reales de corriente.En sistemas de cierta entidad, puede ser convenienterealizar una clasificación en tres categorías y crear cadarama con módulos de una misma categoría.Este método puede suponer reducciones del 2-3 % en laspérdidas globales del sistema.






PROBLEMA

Las clasificaciones se realizan en base a las médidasrealizadas por los fabricantes con“flash”.La indeterminación asociada a este método en relación alas medidas a sol real son del mismo rango que laseparación entre categorías.


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