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ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA SOBRE
CUBIERTA
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CONTENIDOS
1. CONCEPTOS GENERALES.
2. TIPOLOGÍA Y DIMENSIONADO.
3. PREVENCIÓN Y RCP.
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CONCEPTOS GENERALES
1. La radiación solar.
2. La constante solar.
3. Posicionamiento solar.
4. Aplicaciones de la energía solar.
5. El efecto fotovoltaico.
FUENTES DE E.E.R.R.
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LA RADIACIÓN SOLAR
700.000 Km radio.20 millones grados cº.5000 Millones de años.150 millones Km de la tierra.
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EL SOL
Composición 90% de Hidrógeno (H) , 7% de Helio (He) y otros componentes.
La energía se produce por reacciones nucleares de fusión, en su interior.
Los átomos de hidrógeno se combinan para crear átomos de helio.
RADIACIÓN SOLAR
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En este proceso se libera energía que irradia en todas direcciones.
Llega a la tierra en cuantos de energía llamados Fotones.
RADIACIÓN SOLAR
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La energía irradiada por el Sol en un segundo es mucho mayor que la consumida por toda la humanidad, desde la creación de la tierra hasta nuestros días.
RADIACIÓN SOLAR
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SUMINISTRO ELÉCTRICO MUNDIAL
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138.900 Tw/h, año 2007.
ENERGÍA ELÉCTRICA DISPONIBLE EN EL MUNDO MEDIANTE E.E.R.R.
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ATMOSFERA
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RADIACIÓN SOLAR
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LA CONSTANTE SOLAR
La Intensidad de la radiación, será mayor cuanto más cerca se este del sol.
LA CONSTANTE SOLAR
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R = metros (distancia media de la tierra al sol).
P = vatios (potencia emitida).
S = (superficie de la esfera) vale
El valor aproximado de esa intensidad a la distancia a la que se encuentra nuestro planeta sería:
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LA CONSTANTE SOLAR
Este valor es similar al medido por los satélites justo sobre la atmósfera.
1.353 W/m2
LA CONSTANTE SOLAR
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La intensidad que llega en las mejores condiciones, a la corteza terrestre, sería 1100 W/m2 aunque en la práctica rara vez se miden valores superiores a 1000 W/m2.
A esta intensidad se le llama “un sol”.
Dicha constante tiene alguna variación, debido a que la distancia entre el sol y la tierra es variable, y al atravesar la atmosfera pierde intensidad.
IRRADIACIÓN SOBRE UNA SUPERFICIE
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Irradiación E, es la cantidad total de energía radiante que llega a una superficie determinada en un tiempo determinado. (Julios)
la intensidad radiante, o irradiancia I que es la energía que incide por unidad de tiempo y superficie. (W/M2).
( tiempo y superficie , segundos y m2 )
SOBRE UNA SUPERFICIE INLINADA
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La intensidad variara según el ángulo formado por los rayos y la superficie, siendo la máxima cuando la superficie sea perpendicular a los rayos, con lo cuál :
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MEDICIÓN
PIRANÓMETRO
HELIOGRAFO SENSOR CON CÉLULA Si
POSICIONAMIENTO SOL –TIERRA.
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Sabemos que sale por el este y se pone por el oeste, elevándose más o menos según la época del año.
Hoy en día sabemos que es la tierra la que se mueve, debido a la gravedad de la gran masa del sol (99%).
Traslación (Año), Rotación (Día).
Para estudiar algunos aspectos de la energía solar supondremos que la tierra se mantiene inmóvil y es el Sol el que gira.
EJE DE ROTACIÓN
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El eje de rotación de la tierra forma un ángulo de 23,27 º con la perpendicular a la órbita.
EJE DE ROTACIÓN
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Esta desviación es responsable de la duración del día, en las diferentes estaciones del año.
POSICIONAMIENTO SOLAR
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La tierra en sus puntos extremos da lugar al solsticio de verano e invierno.
Días con más y menos horas de luz del año.
POSICIONAMIENTO SOLAR
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El equinoccio se produce cuando tenemos igual tiempo de oscuridad que de luz.
POSICIONAMIENTO SOLAR
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Las estaciones quedan delimitadas por los equinoccios y los solsticios.
LATITUD
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Dependiendo de la Latitud la variación de radiación por estaciones será más determinante.
ZONAS DE RADIACIÓN
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RADIACIÓN EUROPA
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CANARIAS
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COORDENADAS SOLARES
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Para definir con precisión la posición del sol en cada instante con respecto al observador o panel en un plano horizontal, se utilizan dos coordenadas:
La altura solar (h) es el ángulo que forman los rayos solares con la superficie horizontal. Su complementario sería el ángulo cenital.
COORDENADAS SOLARES
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El acimut solar (a) es el ángulo de giro del sol, medido sobre el plano horizontal, tomando como origen el sur, Acimut 0º.
COORDENADAS SOLARES
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POSICIONAMIENTO SOLAR
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En verano la trayectoria del sol sería muy amplia, alcanzando su mayor altura, estando mucho tiempo sobre el horizonte.
APLICACIONES
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Directa: directamente como luz solar, por ejemplo, para la iluminación . Otra muy común, es el secado de ropa procesos de producción con tecnología simple.
Térmica: calentamiento de algún sistema que posteriormente permitirá la climatización de viviendas, calefacción, refrigeración, entre otros, son aplicaciones térmicas, pueda destinarse y satisfacer numerosas necesidades.
Fotovoltaica: aprovechada por medio de células fotoeléctricas, capaces de convertir la luz en un potencial eléctrico, sin necesariamente pasar por un efecto térmico.
Termoeléctrica: es aquella que Aprovecha la energía solar para producir electricidad mediante un proceso térmico.
TERMOELÉCTRICA
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FOTOVOLTAICA
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EFECTO Fv. ANTECEDENTES
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Edmund Bequerel – Albert Einstein
EFECTO Fv. ANTECEDENTES
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El inventor y físico Thomas A. Edison junto al coche eléctrico American Baker, alrededor de 1895.
Ya durante el siglo XIX se utilizaron estos recursos, pero el lobby de los combustibles fósiles consiguió poner de moda su combustible, y las energías renovables , quedaron relegados al baúl del recuerdo.
1870 , Motor solar del capitán John Ericsson, que utilizaba espejos cóncavos para reunir suficiente radiación solar como para mover un motor.
MATERIALES SEMICONDUCTORES
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Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de diversos factores.
El silicio se dopa con boro, que cede fácilmente electrones, se crea un semiconductor del tipo N. Cuando se dopa con fósforo, que atrapa electrones libres, se obteniéndose un semiconductor del tipo P .
Hay multitud de elementos que cumplen esta cualidad como el selenio, el germanio, telurio de cadmio, etc. El silicio es el más usado, debido a sus costes y su abundancia.
EFECTO Fv
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Cuando la luz incide, el bombardeo de los fotones libera electrones , creando
una corriente eléctrica.
CÉLULA Fv.
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CONTACTOS CÉLULAS
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SILICIO
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Después del oxígeno, es el elemento que más abunda en la tierra (arena, carbón, cuarzo..), no se presenta puro, el Silicio Fv. se obtiene mediante la vía metalúrgica.
COMPONENTES DE LOS SISTEMAS FV.
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MÓDULOS Fv.
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El sistema de captación o campo generador, esta formado por los paneles, o módulos fotovoltaicos.
GENERADOR FV.
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CÉLULAS
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Los módulos están compuestos por células individuales conectadas en serie.
La tensión nominal del módulo será igual al producto del número de células que lo componen por la tensión de cada celda (aprox. 0,5 Volts).
Generalmente se producen módulos formados por 30, 32, 33 y 36 celdas en serie.
FBRICACIÓN DE MÓDULOS
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PROCESO CÉLULAS
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CÉLULAS
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Policristalino Monocristalino Amorfo 14% 18% 9%
VARIEDAD DE MÓDULOS
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FOTOVOLTAICA DE CONCENTRACIÓN
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PARTES DE UN MÓDULO
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DIODOS
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Los diodos de bloqueo evitan que un grupo de paneles en serie absorba flujo de corriente de otro grupo conectado a él.
Los diodos de bypass impiden que cada célula individualmente absorba corriente, actuando como carga al estar en sombra.
PUNTOS CALIENTES
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Una sombra o una célula en mal estado puede convertirse en un grave problema.
CARACTERÍSTICAS MÓDULOS
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Potencia Nominal
Corriente de cortocircuito
Voltaje de circuito abierto
Voltaje en el punto de máxima potencia
Corriente en el punto de máxima potencia
MÓDULOS
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Temperatura TONC : Temperatura de operación nominal de la célula, definida como la temperatura que alcanzan las células solares cuando se somete al módulo a una irradiancia de 800 W/m2 con distribución espectral AM 1,5 G, la temperatura ambiente es de 20 °C y la velocidad del viento de 1 m/s. (NOCT en inglés).
Condiciones Estándar de Medida (CEM) : Condiciones de irradiancia y temperatura en la célula solar, utilizadas en laboratorio como referencia para caracterizar células, módulos y generadores fotovoltaicos, definidas del modo siguiente: Irradiancia (GSTC): 1000 W/m2, se conoce como una intensidad de un Sol, Distribución espectral: AM 1,5 G Incidencia normal, Temperatura de célula de 25 °C.
CURVA I-V
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Los módulos proporcionan una tensión y una corriente variable, existe una curva que relaciona el estado de estos dos factores para cada momento y para cada módulo o célula solar.
Existirá un punto, que haga que el producto V por I, sea lo mayor posible, sera el punto de máxima potencia PMP, el voltaje suele ser el 80% de Voc
CURVA I - V
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TEMPERATURA CÉLULAS
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La potencia disminuye aproximadamente un 0,5 % por cada grado de aumento de la temperatura de la célula por encima de los 25ºC.
INSTALACIÓN EN ALTA MONTAÑA
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ACUMULADORES
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• Almacenamiento de energía.
• Suministrar potencia mayor C.Fv.
• Mantiene tensión estable.
CARACTERÍSTICAS
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Los Amperios hora de una batería son simplemente el número de Amperios que proporciona multiplicado por el número de horas durante las que circula esa corriente.
La profundidad de descarga es el porcentaje de la capacidad total de la batería que es utilizada durante un ciclo de carga/descarga.
Ciclos de carga y descarga, ritmo especificado.
Temperatura, puede variar su capacidad y vida.
BATERÍAS
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Baterías estacionarias o de "ciclo profundo" preparadas para períodos irregulares de carga y descarga, son las más indicadas.
Pueden ser de Plomo – acido, como calcio (Pb-Ca) o de Níquel – Cadmio (Ni-Cd).
De vasos para instalaciones más grandes o Monoblock .
PARTES DE UNA BATERÍA
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REGULADOR
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Dispositivo electrónico, que controla tanto el flujo de la corriente de carga proveniente de los módulos hacia la batería, como el flujo de la corriente de descarga que va desde la batería hacia las cargas.
Protege la instalación de sobrecargas y sobredescargas.
REGULADOR
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INVERSOR
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Son dispositivos capaces de alterar las características de la corriente eléctrica, transforman la corriente continua en corriente alterna.
Además se encargan de equilibrar las características de la electricidad producida para su consumo.
Los modernos incorporan optimizadores de potencia.
INVERSORES
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Dado que la corriente alterna se presenta bajo forma de onda senoidal pura, el inversor más perfecto será el de tipo senoidal.
INVERSORES
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Los hay de diversas potencias puede configurarse la instalación con uno central o con varios, por rama, hasta con inversor por panel, pueden ubicarse a la intemperie o en un cuarto acondicionado, para ellos.
OTROS COMPONENTES, ESTRUCTURA
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Es el soporte del campo generador, suele ser de aluminio anodizado. Existen numerosos diseños, podemos agruparlos en estructuras fijas y seguidores.
CABLEADO
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Los conductores necesarios tendrán la sección adecuada para reducir las caídas de tensión y los calentamientos.
Debe usarse modelos de cable específico para fotovoltaica, e ir perfectamente protegidos para la intemperie.
CAJAS DE CONEXIÓN, PROTECCIONES
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Como cualquier Instalación eléctrica debe haber fusibles, varistores, magnetotérmicos, una toma de tierra a la que estará conectada, como mínimo, la estructura soporte del generador y los marcos metálicos de los módulos.
CONTADOR , OPTIMIZADOR DE POTENCIA
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Para aquellas instalaciones con conexión a red, hace falta un contador para facturar la producción de electricidad a la compañía distribuidora.
Existen modernos dispositivos electrónicos, que se encargan de buscar el Punto de máxima potencia de cada módulo y reorganizar toda la instalación mediante impulsos eléctricos para conseguir mas potencia.
MONITORIZACIÓN
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Sistema de control de datos, para registrar y contrastar la producción real y comprobar que el sistema esta trabajando bien, para detectar rápidamente un problema y solucionarlo, a tiempo.
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