MANUAL DE PRÁCTICAS

Desde el año 2010 el Instituto Tecnológico de Acapulco (ITA) ha trabajado en la investigación de Sistema Fotovoltaico tipo isla e interconectados a la red eléctrica de Comisión Federal de Electricidad (CFE). En consecuencia se han aportado avances interesantes que facilitan el aprovechamiento y beneficio a la comunidad de Acapulco.

El factor clave, es la capacitación para los que están involucrados en el área de las instalaciones eléctricas, debido al impacto positivo o negativo ante la proliferación en nuestro Estado de Guerrero y de nuestro país. Por, esta razón, el ITA, ha considerado enfatizar la actividad práctica en el laboratorio de Ingeniería Electromecánica, donde se imparte el entrenamiento, que se va ha utilizar en el prototipo que se realizó y con el presente manual de prácticas.

El propósito de este manual, es realizar y entender el conocimiento adquirido teóricamente. Las practicas experimentadas permiten al estudiantes conocer a fondo los componentes utilizados en sistemas fotovoltaicos tipo isla y los interconectados a la red, para similar la filosofía de operación de la tecnología que interactúa CFE.

La preparación previa de las pruebas experimentales, requiere lectura del atención, para su procedimiento. Las descripciones son precisas, para que el procedimiento y ejecución sea transparente. Asi también, se mantienen el orden de cada procedimiento descrio, para evitar mediciones o interpretaciones incorrectas.

Por otro lado, cada experimento incluye diagramas, con fácil guía para realizar conexiones correctamente.

PRÁCTICA NÚMERO UNO

CARACTERIZACIÓN ELÉCTRICA DE UN MÓDULO FOTOVOLTAICO

Generalmente, las características de los módulos fotovoltaicos, se muestran unos datos eléctricos que determinan el comportamiento eléctrico del módulo, bajo las condiciones estándar de medida (STC), que son, por convenio internacionalmente, de 100w/m2 y T=25°C. Estas especificaciones técnicas son:

La intensidad o corriente de cortocircuito (Icc) se produce a tensión cero y se mide conectando un simple amperímetro a la salida de la célula o módulo. Sus valores son entre 3 y 7 Amperios. También, se localiza con la nomenclatura Isc por short Circuit, corto circuito, en inglés.

La tensión de circuito abierto (Vca) es realmente la tensión máxima, que proporciona una célula o módulo y se mide directamente entre sus bornes con un voltímetro. También, se localiza con la nomenclatura de Vsc en ingles.

La potencia pico (Wp) es el producto real máximo de la corriente y la tensión producida. Obviamente la Wp teórica es superior a la Wp real, eso se explica a continuación con el Factor de Forma.

El producto de Icc x Vca se representa por un cuadro, la esquina inferior izquierda representa el origen (0,0) de un eje de coordenadas y el extremo superior derecho representa la potencia máxima teorica Wpt = Icc x Vca.

La potencia Wp real siempre será menor que la Wp teórica y en consecuencia la potencia real Wpr = Ip x Vp es menor que Wpt = Icc x Vca.

El factor de forma es el cociente de FF = Wpr / Wpt y su resultado, obviamente, es menor que uno. Este valor muestra la calidad de la célula o módulo.

La cantidad de energía que entrega el modulo fotovoltaico, está determinado por:

El tipo y el area del material. La intensidad de la luz del sol. La longitud de onda de la luz del sol.

Las células fotovoltaicas de silicio monocristalino, actualmente no pueden convertir mas del 25% de la energía solar en electricidad, porque la radiación en la región infrarroja del espectro electromagnético, no tiene suficiente energía para separar las cargas positivas y negativas en el material.

Las células fotovoltaicas de silicio policristalino en la actualidad tienen una eficiencia de menos del 20% y las celdas amorfas de silicio tienen una eficiencia cerca del 10%, porque las pérdidas de energía internas son mayores que las del silicio monocristalino.

Una celula típica fotovoltaica de silicio monocristalina de 100 cm2 produce casi 1,5 vatios de energía a 0,5 voltios de Corriente Continua y 3 amperios con la radiación solar en verano, con un valor de 1000 Wm-2. La energía de salida de la célula es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz del sol. Es decir, si la intensidad de la radiación solar se divide a la mitad, la energía de salida también disminuye a la mitad.

La característica importante de las celdas fotovoltaicas, es que el voltaje de la célula no depende de su tamaño, pero se considera constante con el cambio de la intensidad de la radiación solar. La corriente en una disponibilidad, que es directamente proporcional a la intensidad de la radiación solar y al tamaño. Para comparar las diferentes células, se clasifican por su densidad de corriente, denominado amperios por centímetro cuadrado del área de la célula. La potencia entregada por una célula solar, se incrementa con eficacia empleando un mecanismo de seguimiento, para mantener el módulo fotovoltaico frente al sol. Así también, concentrar la energía solar utilizando lentes o espejos. Sin embargo, existen límites a este proceso, debido a la complejidad de los mecanismos y de la necesidad de refrescar las células. La corriente es relativamente estable a altas temperaturas, pero el voltaje se reduce, conduciendo a una caída de potencia a causa del incremento de la temperatura en la célula.

OBJETIVO

Registrar las características de trabajo de un módulo fotovoltaico.

MATERIAL REQUERIDO

ID DESCRIPCIÓN CANTIDAD1 Panel modelo Bn - 10 22 Panel modelo SE34028510156 13 Panel modelo 14 Multímetro digital 2

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Conecte eléctricamente el equipo como se indica en el diagrama.

Antes de iniciar con las mediciones, configure que los modulos fotovoltaicos (MFV), no tengan sombras y reciban toda la irradiación directa. Ajuste la posición de los modulos

fotovoltaicos, para que fluya la máxima corriente de corto circuito (Isc) posible en el módulo fotovoltaico, con el ángulo de inclinación igual a la latitud del lugar. También se debe asegurar que la superficie del módulo sea irradiada uniformemente.

Se procede a registrar la curva característica del MFV, para obtener los valores aproximados de voltaje indicados en la tabla 1, con el desplazamiento de la variación de la resistencia. Primero, se empieza con corriente de Isc y 0 Volts. Posteriormente, varía la resistencia para obtener voltajes indicados para registrar las lecturas de la tabla 1.

Tabla 1

Valores medidos de la curva característica del MFV

Vs(V)

Ref. 0 5 10 12 14 16 17 17,5 18 18,5 19Lect.

Is (mA)P (W)

Al final del experimento calcule la potencia y trace la curva característica (I-V), en la gráfica 1, mediante los datos proporcionados por la tabla 1.

Gráfica 1.- Curva característica I-V y P-V de un módulo fotovoltaico.

En la curva característica, determine los valores de corriente y voltaje, que corresponda al punto de operación de máxima potencia.

VOLTAJE(V)

CORRIENTE(A)

POTENCIA(W)

Calcule el porcentaje de la relación entre el punto de operación a máxima potencia (VMP x IMP) y el producto de VOC e ISC.

VMP X IMP (W)VOC X ISC (W)

FF %

VOC e ISC. Son el máximo voltaje y corriente respectivamente de un MFV. Sin embargo, la potencia en estos dos puntos de operación es cero. El “Factor de Forma”, conocido como “FF” se define como la relación entre la máxima potencia producida de un MFV y el producto de VOC E ISC. Y es directamente afectado por los valores de resistencia interna de la celda en serie (Rs) y paralelo (RSH). Por lo tanto, un FF alto indica un incremento en la eficiencia de la celda y el acercamiento de su potencia de salida o su valor máximo teórico.

Otros tipos de materiales fotovoltaicos que tienen potencial comercial como el diselenio de cobre e indio (CulSe2), teluro de cadmio (CdTe) y silicio amorfo como materia prima.

Características de los paneles

CÁLCULOS

Rm = V CAICC

Factor de forma (FF) = V m ImV CA ICC

=

CÁLCULOS

Rm = V CAICC

Factor de forma (FF) = V m ImV CA ICC

=

2 panel modelo Bn-10Pmax= WVmp= VImp= AVoc VIoc= A

VERIFICACIÓN DEVOLTAJE= VCORRIENTE= A

Panel modelo SE34028510156Pmax= WVmp= VImp= AVoc VIoc= A

VERIFICACIÓN DEVOLTAJE= VCORRIENTE= A

CÁLCULOS

Rm = V CAICC

Factor de forma (FF) = V m ImV CA ICC

=

CARACTERIZACIÓN ELÉCTRICA DE UN MÓDULO FOTOVOLTAICO DE 100 W

MATERIAL REQUERDIO

ID DESCRIPCIÓN CANTIDAD1 Panel modelo Bn_10 11 Multímetro digital 2

VERIFICACIÓN DEVOLTAJE= VCORRIENTE= A

Panel móduloPmax= WVmp= VImp= AVoc VIoc= A

Datos de placaVca= VIcc= AIm= AVm= VPm= W

CÁLCULOS

Rm = V CAICC Factor de forma (FF) = V m ImV CA ICC=

R V I= V/R (REAL)

P= VI (REAL) I= V/R P= VI

510152025303540501005001000