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Instalaciones Solares Fotovoltaicas

GENERACIÓN DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA

INTRODUCCIÓN La utilización de energías renovables se ha convertido en una alternativa y necesidad que favorece el crecimiento del país. Dentro de estas, la energía solar se puede aprovechar de manera fácil y rápida. En el presente curso

se describirán los principales parámetros utilizados en la instalación de un sistema solar fotovoltaico, así como los componentes,

configuraciones

y

arquitectura;

se

desarrollará un proyecto básico de instalación y se realizará el análisis del costo/beneficio de la instalación.

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CONTENIDO • UNIDAD 1: Introducción a los sistemas de energía solar. • UNIDAD 2: Sistemas de energía solar fotovoltaica. • UNIDAD 3: Componentes de los sistemas de energía solar fotovoltaica. • UNIDAD 4: Dimensionamiento e integración de los sistemas de energía solar fotovoltaica.

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INTRODUCCIÓN A LA ENERGÍA SOLAR

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UNIDAD 1 Introducción a la energía solar. •

Radiación solar.

•

Orientación y ángulo de inclinación.

1.1

RADIACIÓN SOLAR

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RADIACION SOLAR: Energía en forma de Campo Electromagnético

¿QUÉ ES EL SOL? Masa formada por: Gases de Hidrógeno

+ Gases de Helio

(Fusión de 4H = 1He)

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¿QUÉ ES EL SOL? • Fuente de Radiación Electromagnética Campos Eléctricos

+

Campo Magnético

RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

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ENERGÍA SOLAR EN EL PLANETA

MAPA SOLAR DEL PERÚ

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IRRADIANCIA: Altitud Solar, latitud y estación del año ( w/m2)

IRRADIACIÓN SOLAR IRRADIACION SOLAR DIRECTA: desde la dirección del Sol + IRRADIACION SOLAR DIFUSA:

modificada por diversas circunstancias

= IRRADIACION TOTAL INCIDENTE

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RADIACIÓN SOLAR EN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS El dimensionado de un sistema fotovoltaico depende de la energía solar disponible y de la posición de los es solares: 1. Energía solar disponible en el emplazamiento y su

variación durante el día y el año. 2. Inclinación óptima del fotovoltaico para captar la máxima energía solar.

DENSIDAD POTENCIAL

• La densidad potencial de la Irradiación Solar sobre la Tierra

es aproximadamente 1.4Kw/m2 • La densidad potencial cambia de 0.1% al año debido a la distancia con respecto al Sol

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DATOS DE RADIACIÓN SOLAR • Se puede obtener datos para diversos lugares del mundo consultando en Internet. Hay que entrar las coordenadas del lugar (latitud y longitud), que se pueden obtener por ejemplo en http://www.world-gazetteer.com. • Ejemplos: • Barcelona: 41.40N 2.17E (41.40; 2.17) • Puno:

15.84S 70.05O

(-15.84; -70.05)

DATOS DE RADIACIÓN SOLAR

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DATOS DE RADIACIÓN SOLAR

1.2

ORIENTACIÓN Y ÁNGULO DE INCLINACIÓN

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ROTACIÓN DE LA TIERRA

TRASLACIÓN DE LA TIERRA

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ORIENTACIÓN SOLAR

ORIENTACIÓN SOLAR

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ORIENTACIÓN SOLAR

• Energía Eléctrica por Irradiación Solar

• El Azimuth y el ángulo de inclinación deben ser óptimos

ORIENTACIÓN SOLAR

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ORIENTACIÓN SOLAR El trayecto del sol en un lugar determinado varia a lo largo del año. La altitud y el azimut permiten dibujar las trayectorias.

EFECTO DE SOMBRA

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UBICACIÓN DEL PAÍS

Ubicado entre los paralelos 0º2’ y 18º21’34”

PERU

HORAS PICO SOLAR

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SISTEMAS DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA.

UNIDAD 2 Sistemas de energía solar fotovoltaica. •

Efecto fotovoltaico

•

Curva característica I-V.

•

Conexión de sistemas fotovoltaicos.

•

Seguidores solares

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2.1

EFECTO FOTOVOLTAICO

¿QUÉ ES UN SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA SOLAR? • Es una fuente de energía que a través de la utilización de celdas fotovoltaicas convierte en forma directa la energía luminosa en electricidad. El primero en notar el efecto fotoeléctrico fue el físico francés Edmundo Bequerel, en 1839.

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CELDAS SOLAR Celda Fotovoltaica • Dispositivo semiconductor que convierte

energía

luminosa

en

Electricidad DC

CÓMO TRABAJA LAS CELDAS SOLARES Las celdas solares o fotovoltaicas funcionan bajo el principio de que la electricidad circulará entre dos semiconductores disímiles al ponerlos en o uno con el otro y ser expuestos a la luz. Un conjunto de dos o más unidades de celdas fotovoltaicas de iguales características constituyen un módulo fotovoltaico.

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EFECTO FOTOVOLTAICO • El efecto fotovoltaico es la conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico. Algunos materiales presentan la propiedad conocida como efecto fotoeléctrico que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones.

EFECTO FOTOVOLTAICO • Cuando

la

luz

incide

sobre

el

semiconductor, se liberan electrones del átomo de Si, se rompe el equilibrio de la unión

NP

y

se

producen

los

denominados par “electrón-hueco”. • Se genera un campo eléctrico que al conectar una carga externa entre ambas zonas, genera la corriente eléctrica.

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CONJUNTO DE CELDAS SOLARES Un conjunto de dos o más unidades de celdas

fotovoltaicas

de

iguales

características constituyen un módulo fotovoltaico. Varios módulos pueden ser conectados unos con otros para formar un arreglo. Los módulos y arreglos fotovoltaicos producen corriente directa.

FOTOVOLTAICO

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FOTOVOLTAICO

FOTOVOLTAICO

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CIRCUITO EQUIVALENTE

DIODOS DEL

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2.2

CURVA CARACTERÍSTICA I-V

I - V CARACTERÍSTICA

I [A]

Im

Punto de Máxima Potencia Pm = Vm * Im P [W]

1.00

0.40

0.75

0.30

0.50

0.20

0.25 0.00 0.00

0.10 0.00 0.20

0.40

Vm

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0.60

V [V]

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EFICIENCIA DEL SOLAR • La eficiencia de una celda solar es el porcentaje de potencia convertida en energía eléctrica de la luz solar total absorbida por un . Este término se calcula usando la relación del punto de potencia máxima Pm, dividido entre la luz que llega a la celda irradiada (E, en W/m²), bajo condiciones estándar (STC) y el área superficial de la célula solar (Ac en m²).

I-V VS. Tº CARACTERÍSTICA I [A] 1.00 0.75 -40°C

0.50 -20°C 0°C

0.25

20°C 40°C 60°C

0.00 0.00

0.20

0.53 0.57 0.60 0.64 0.68 0.72

Maximizing the performance of Photovoltaic Inverters for the feed-in tariff

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V [V]

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I-V VS. IRRADIACIÓN CARACTERÍSTICA I [A] 3. 5 3. 0 2. 5 2. 0 1. 5 1. 0 0. 5 0. 0 0. 0

1000 W/m2 900 W/m2 800 W/m2 700 W/m2 600 W/m2 500 W/m2

2. 0

4. 0

6. 0

8. 0

10.0

12.0

14.0

16.0

EFECTO DE SOMBRAS En ciertas condiciones de sombras, se puede perder la potencia desarrollada por el solar

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18.0

20.0

22.0

V [V]

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EFECTO DE SOMBRAS

EFECTO DE SOMBRAS

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VENTAJAS FUNDAMENTALES • No consume combustible • No produce contaminación ambiental • Es silencioso • Tiene una vida útil superior a 20 años • Es resistente a condiciones climáticas extremas • No posee partes mecánicas, por lo tanto no requiere mantenimiento, excepto limpieza del módulo fotovoltaico

• Permite aumentar la potencia instalada mediante la incorporación de nuevos módulos fotovoltaicos.

2.3

CONEXIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

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SISTEMAS DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA •

Sistemas aislados (Stand-Alone)

•

Sistemas conectados a red (Utility-Interactive)

•

Sistemas Bimodal

•

Sistemas Híbridos

SISTEMAS AISLADOS (STAND-ALONE SYSTEMS) Sistema que opera autónomamente y suministra potencia a cargas eléctricas (independientemente del servicio)

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Sistema con carga DC directa (direct-coupled)

SISTEMA CON ALMACENAMIENTO SIN CONTROL DE CARGA (SELF-REGULATED)

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SISTEMAS CON ALMACENAMIENTO Y CONTROL DE CARGA (CHARGECONTROLLED)

SISTEMAS CONECTADOS A RED (UTILITY-INTERACTIVE SYSTEMS) Sistemas conectados a la red pública que pueden recibir o entregar energía. Los casos son: • Net Metering (medición con red) • Dual Metering (medición dual) • Islanding (con seguridad)

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NET / DUAL METERING

ISLANDING Condición NO deseable donde un sistema FV continúa,

puede

suministrar energía a la red durante un corte de

suministro

por

parte de la empresa eléctrica

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SISTEMAS BIMODAL Sistema que puede operar como Independiente o Interactivo recibiendo energía de la red. Se usa para: • Carga Crítica Backup • Manejo de facturación

DIAGRAMA DE UN SISTEMAS BIMODAL

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SISTEMAS HÍBRIDO Sistema que puede operar con varias fuentes de energía, permitiendo una matriz energética viable económicamente.

Cuadro de sistemas híbridos

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2.4

SEGUIDOR SOLAR

PUNTO DE MÁXIMA POTENCIA (MPP)

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ALGORITMO MPPT • MPPT:

Maximum

Power Point Tracking • Sistema que

electrónico

opera

módulos (PV)

con

los

Fotovoltaicos permitiéndoles

producir

toda

la

potencia posible.

TIPOS DE SEGUIDORES SOLARES SEGÚN SU RANGO DE MOVIMIENTOS • Seguidores a un eje: Se denomina de esta forma a seguidores que solo gozan de un grado de libertad en su movimiento. • Seguidores a dos ejes: Se trata de seguidores con dos

grados de libertad, capaces de hacer un seguimiento solar mas Preciso.

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Anotaciones

_________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________

Anotaciones

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