fv ud1

76
ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA SOBRE CUBIERTA 1

Upload: fruela-fuenteseca

Post on 10-Jun-2015

212 views

Category:

Technology


4 download

DESCRIPTION

introducción a la energía fotovoltaica

TRANSCRIPT

Page 1: FV Ud1

1

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA SOBRE

CUBIERTA

Page 2: FV Ud1

2

CONTENIDOS

1. CONCEPTOS GENERALES.

2. TIPOLOGÍA Y DIMENSIONADO.

3. PREVENCIÓN Y RCP.

Page 3: FV Ud1

3

CONCEPTOS GENERALES

1. La radiación solar.

2. La constante solar.

3. Posicionamiento solar.

4. Aplicaciones de la energía solar.

5. El efecto fotovoltaico.

Page 4: FV Ud1

FUENTES DE E.E.R.R.

4

Page 5: FV Ud1

5

LA RADIACIÓN SOLAR

700.000 Km radio.20 millones grados cº.5000 Millones de años.150 millones Km de la tierra.

Page 6: FV Ud1

6

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.

Page 7: FV Ud1

RADIACIÓN SOLAR

7

En este proceso se libera energía que irradia en todas direcciones.

Llega a la tierra en cuantos de energía llamados Fotones.

Page 8: FV Ud1

RADIACIÓN SOLAR

8

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.

Page 9: FV Ud1

RADIACIÓN SOLAR

9

Page 10: FV Ud1

SUMINISTRO ELÉCTRICO MUNDIAL

10

138.900 Tw/h, año 2007.

Page 11: FV Ud1

ENERGÍA ELÉCTRICA DISPONIBLE EN EL MUNDO MEDIANTE E.E.R.R.

11

Page 12: FV Ud1

12

ATMOSFERA

Page 13: FV Ud1

13

RADIACIÓN SOLAR

Page 14: FV Ud1

14

LA CONSTANTE SOLAR

La Intensidad de la radiación, será mayor cuanto más cerca se este del sol.

Page 15: FV Ud1

LA CONSTANTE SOLAR

15

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:

Page 16: FV Ud1

16

LA CONSTANTE SOLAR

Este valor es similar al medido por los satélites justo sobre la atmósfera.

1.353 W/m2

Page 17: FV Ud1

LA CONSTANTE SOLAR

17

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.

Page 18: FV Ud1

IRRADIACIÓN SOBRE UNA SUPERFICIE

18

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 )

Page 19: FV Ud1

SOBRE UNA SUPERFICIE INLINADA

19

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 :

Page 20: FV Ud1

20

MEDICIÓN

PIRANÓMETRO

HELIOGRAFO SENSOR CON CÉLULA Si

Page 21: FV Ud1

POSICIONAMIENTO SOL –TIERRA.

21

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.

Page 22: FV Ud1

EJE DE ROTACIÓN

22

El eje de rotación de la tierra forma un ángulo de 23,27 º con la perpendicular a la órbita.

Page 23: FV Ud1

EJE DE ROTACIÓN

23

Esta desviación es responsable de la duración del día, en las diferentes estaciones del año.

Page 24: FV Ud1

POSICIONAMIENTO SOLAR

24

La tierra en sus puntos extremos da lugar al solsticio de verano e invierno.

Días con más y menos horas de luz del año.

Page 25: FV Ud1

POSICIONAMIENTO SOLAR

25

El equinoccio se produce cuando tenemos igual tiempo de oscuridad que de luz.

Page 26: FV Ud1

POSICIONAMIENTO SOLAR

26

Las estaciones quedan delimitadas por los equinoccios y los solsticios.

Page 27: FV Ud1

LATITUD

27

Dependiendo de la Latitud la variación de radiación por estaciones será más determinante.

Page 28: FV Ud1

ZONAS DE RADIACIÓN

28

Page 29: FV Ud1

RADIACIÓN EUROPA

29

Page 30: FV Ud1

CANARIAS

30

Page 31: FV Ud1

COORDENADAS SOLARES

31

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.

Page 32: FV Ud1

COORDENADAS SOLARES

32

El acimut solar (a) es el ángulo de giro del sol, medido sobre el plano horizontal, tomando como origen el sur, Acimut 0º.

Page 33: FV Ud1

COORDENADAS SOLARES

33

Page 34: FV Ud1

POSICIONAMIENTO SOLAR

34

En verano la trayectoria del sol sería muy amplia, alcanzando su mayor altura, estando mucho tiempo sobre el horizonte.

Page 35: FV Ud1

APLICACIONES

35

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.

Page 36: FV Ud1

TERMOELÉCTRICA

36

Page 37: FV Ud1

FOTOVOLTAICA

37

Page 38: FV Ud1

EFECTO Fv. ANTECEDENTES

38

Edmund Bequerel – Albert Einstein

Page 39: FV Ud1

EFECTO Fv. ANTECEDENTES

39

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.

Page 40: FV Ud1

MATERIALES SEMICONDUCTORES

40

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.

Page 41: FV Ud1

EFECTO Fv

41

Cuando la luz incide, el bombardeo de los fotones libera electrones , creando

una corriente eléctrica.

Page 42: FV Ud1

CÉLULA Fv.

42

Page 43: FV Ud1

CONTACTOS CÉLULAS

43

Page 44: FV Ud1

SILICIO

44

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.

Page 45: FV Ud1

COMPONENTES DE LOS SISTEMAS FV.

45

Page 46: FV Ud1

MÓDULOS Fv.

46

El sistema de captación o campo generador, esta formado por los paneles, o módulos fotovoltaicos.

Page 47: FV Ud1

GENERADOR FV.

47

Page 48: FV Ud1

CÉLULAS

48

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.

Page 49: FV Ud1

FBRICACIÓN DE MÓDULOS

49

Page 50: FV Ud1

PROCESO CÉLULAS

50

Page 51: FV Ud1

CÉLULAS

51

Policristalino Monocristalino Amorfo 14% 18% 9%

Page 52: FV Ud1

VARIEDAD DE MÓDULOS

52

Page 53: FV Ud1

FOTOVOLTAICA DE CONCENTRACIÓN

53

Page 54: FV Ud1

PARTES DE UN MÓDULO

54

Page 55: FV Ud1

DIODOS

55

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.

Page 56: FV Ud1

PUNTOS CALIENTES

56

Una sombra o una célula en mal estado puede convertirse en un grave problema.

Page 57: FV Ud1

CARACTERÍSTICAS MÓDULOS

57

Potencia Nominal

Corriente de cortocircuito

Voltaje de circuito abierto

Voltaje en el punto de máxima potencia

Corriente en el punto de máxima potencia

Page 58: FV Ud1

MÓDULOS

58

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.

Page 59: FV Ud1

CURVA I-V

59

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

Page 60: FV Ud1

CURVA I - V

60

Page 61: FV Ud1

TEMPERATURA CÉLULAS

61

La potencia disminuye aproximadamente un 0,5 % por cada grado de aumento de la temperatura de la célula por encima de los 25ºC.

Page 62: FV Ud1

INSTALACIÓN EN ALTA MONTAÑA

62

Page 63: FV Ud1

ACUMULADORES

63

• Almacenamiento de energía.

• Suministrar potencia mayor C.Fv.

• Mantiene tensión estable.

Page 64: FV Ud1

CARACTERÍSTICAS

64

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.

Page 65: FV Ud1

BATERÍAS

65

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 .

Page 66: FV Ud1

PARTES DE UNA BATERÍA

66

Page 67: FV Ud1

REGULADOR

67

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.

Page 68: FV Ud1

REGULADOR

68

Page 69: FV Ud1

INVERSOR

69

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.

Page 70: FV Ud1

INVERSORES

70

Dado que la corriente alterna se presenta bajo forma de onda senoidal pura, el inversor más perfecto será el de tipo senoidal.

Page 71: FV Ud1

INVERSORES

71

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.

Page 72: FV Ud1

OTROS COMPONENTES, ESTRUCTURA

72

Es el soporte del campo generador, suele ser de aluminio anodizado. Existen numerosos diseños, podemos agruparlos en estructuras fijas y seguidores.

Page 73: FV Ud1

CABLEADO

73

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.

Page 74: FV Ud1

CAJAS DE CONEXIÓN, PROTECCIONES

74

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.

Page 75: FV Ud1

CONTADOR , OPTIMIZADOR DE POTENCIA

75

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.

Page 76: FV Ud1

MONITORIZACIÓN

76

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.