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C OMPONENTES DE UNA ISFV. ¿Q UÉ D EBEMOS S ABER ? Introducción a la FV Diferenciar los distintos tipos de instalaciones FV. Célula Fotovoltaica Módulos.

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1 C OMPONENTES DE UNA ISFV

2 ¿Q UÉ D EBEMOS S ABER ? Introducción a la FV Diferenciar los distintos tipos de instalaciones FV. Célula Fotovoltaica Módulos FV Tipos de Módulos Características Técnicas de los Módulos FV. Asociación Módulos, paneles, cadenas… Regulador Características básicas, curvas U-I Tipos y Selección. Acumulador Especificaciones Técnicas. Tipos y Selección. Inversor Datos Característicos. Tipos y Selección. 2

3 ISFV: COMPONENTES INTRODUCCIÓN A LA FOTOVOLTAICA

4 E NERGÍA DEL S OL INDIRECTOS DIRECTOS 4

5 I NSTALACIONES F OTOVOLTAICAS : T IPOLOGIA La luz del sol es convertida directamente a electricidad mediante el uso de las células solares. Dos Grandes Grupos: a) Sistemas conectados a red. b) S istemas aislados. 5 ¿Principal diferencia?

6 I NSTALACIONES F OTOVOLTAICAS : A ISLADA Dotar de energía al lugar donde están instaladas. OBJETIVO: Lugares donde NO es viable hacer llegar la red publica por coste, conveniencia o accesibilidad. Por ejemplo: Refugios de montaña, repetidores, viviendas, bombeo de agua… Aplicaciones: Módulos FV. Regulador. Baterías. Inversor (Si se necesita CA). Componentes Básicos: 6 ISFV Autónoma

7 ISFV: C ONECTADA A R ED Producir electricidad para venderla. OBJETIVO: estar cerca de líneasDeben estar cerca de líneas de distribución. El productor continúa pagando su consumo (014 KWh). El productor cobra la energía que produce (032 KWh). No necesita baterías para almacenar energía. mayor calidadLos convertidores c.c./c.a. son de mayor calidad. El CTE (HE5) exige la instalacion FV de ciertas instalaciones (Hospitales, supermercados…) CARACTERÍSTICAS: Módulos. Inversor. Contadores COMPONENTES BÁSICOS 7

8 ISFV: T IPOLOGIA (H IBRIDAS ) Bornay 8

9 C LASIFICACIÓN ISFV : A ISLADAS T elefonía rural, vía radio; repetidores (de telefonía, televisión…). Telecomunicaciones: Viviendas aisladas, de ocupación permanente o periódica, refugios de montaña, etc. En países del tercer mundo para electrificar aldeas. Electrificación de zonas rurales y aisladas: Se aplica, por ejemplo, a señales de tráfico luminosas, formadas por diodos LED, alimentados por un panel solar y una batería. Señalización: Se utiliza en zonas en las que resulta complicado llevar una línea eléctrica convencional (parques naturales, reservas…). Alumbrado público: Granjas, pueblos, etc. Tanto para agua potable como para riego. Bombeo de agua: 9

10 C LASIFICACIÓN C ONECTADAS R ED : S ÍNTESIS Generan electricidad para venderla. Concentración de instalaciones solares con diferentes propietarios Centrales fotovoltaicas y huertos solares Edificios fotovoltaicos Integración de paneles en la arquitectura, generalmente en los tejados 10

11 C LASIFICACIÓN EN I MÁGENES 11

12 E LEMENTOS DE UNA ISFV A UTÓNOMA Podemos encontrarnos con: Convierte la energía del Sol en energía eléctrica de CC. Convierte la corriente continua en alterna Unión entre los paneles solares y los elementos de consumo. Acumulado r de energía para la instalación 12

13 E LEMENTOS ISFV: C ÉLULA S OLAR Una célula solar esta formada por la unión de un semiconductor tipo P y uno tipo N. La región tipo P tiene exceso de huecos y la tipo N exceso de electrones. En el área de contacto entre las dos caras se produce una restructuración electrón-hueco que genera una barrera que impide el paso de la corriente (paso de electrones de la zona N a la zona P). Al aplicar una tensión (0.2V Ge -- 0,7V Si) se rompe esta barrera y se permite el paso de electrones en una sola dirección (Diodo). 13 Semiconductores

14 E LEMENTOS ISFV: C ÉLULA S OLAR Funcionamiento básico: 1. Parte expuesta al sol (N) : Excedente de electrones. 2. Zona en oscuridad (P): Falta de electrones. 3. Zona Unión se comporta como una barrera aislante (Pares electrón-Hueco). 4. Cuando incide la luz (fotones) sobre la cara (N) se suministra suficiente energía a los electrones para que se liberen (Se crean pares electrón-hueco). Creando un diferencia de potencial. 5. Si conectamos las dos caras de la célula a través de una carga, circulará por ésta una corriente eléctrica. 14

15 E LEMENTOS ISFV: C ÉLULA S OLAR A través de los contactos metalizados obtenemos la tensión y la intensidad producida en función de la radiación recibida Debe dejar pasar la radiación. La cara no expuesta es metálica. ¿Cómo se fabrican? 15

16 E LEMENTOS ISFV: C ÉLULA S OLAR Material raro y caro, coste elevado, η > 35% Alto rendimiento Alto rendimiento, de Arseniuro de Galio: Módulo continuo y Flexible. No tiene interconexión entre células, η < 17% Thin Film( 03 5 μm): De película delgada, Thin Film ( 03 5 μm): Con elementos ópticos permiten concentrar la luz del sol multiplicando su intensidad. La eficiencia (η) ya alcanza el 41 %. Monocrisalinas con lentes de Fresnel 16

17 E LEMENTOS ISFV: N UEVAS T ECNOLOGÍAS Desarrolladas por la empresa Japonesa Kyosemi Corporation.Kyosemi Corporation Pueden captar la luz en cualquier ángulo (no necesitan seguidor solar). Son transparentes, por lo que se pueden utilizar como ventanas solares. Células Solares Esféricas Fabricación más económica (grafeno). Pueden ser flexibles y transparentes. Menos rendimiento que con el silicio. Células Solares Orgánicas 17

18 T AREA 1: 1. Localiza en Internet, empresas, catálogos… alguna empresa que se dedique a la realización de instalaciones solares conectadas a red y aisladas. Estudia y explica las características principales (potencia, ubicación, componentes…) al menos dos instalaciones que estén en funcionamiento de cada (aisladas y conectadas a red). 2. ¿Cómo se clasifican las instalaciones fotovoltaicas? 3. ¿Qué aplicaciones puede tener la energía solar en Instalaciones autónomas? 4. Busca al menos 3 empresas que se dediquen a fabricar / comercializar productos de fotovoltaica y explica sus principales características (ubicación, productos, precios…). 5. ¿Para qué sirve una central solar fotovoltaica autónoma? ¿Es igual que un huerto solar? ¿Por qué? 6. Realiza una clasificaciones de todas las instalaciones FV posibles que hemos visto (telecomunicación, alumbrado,…). Acompaña esta clasificación de imágenes reales y describe sus características básicas (precio, fabricante, potencia, ubicación de la instalación…). 7. Explica con tus palabras qué es un semiconductor y enumera 3 aplicaciones comerciales. 8. Explica el funcionamiento de producción de electricidad directa en una célula fotovoltaica. 9. Busca 2 empresas que vendan células FV y compara los productos (potencia, precio…). 10. Explica los tipos de células que se comercializan en la actualidad y sus características principales. 18

19 ISFV: C OMPONENTES MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

20 E LEMENTOS ISFV: P ANEL F OTOVOLTAICO 20

21 E LEMENTOS ISFV: T IPOS DE P ANELES 21

22 E LEMENTOS ISFV: T IPOS DE P ANELES Si-Policristalino Si-Monocristalino GaAs-Con concentrador 22 ¿Cómo se fabrican?

23 E LEMENTOS ISFV: T IPOS DE P ANELES 23 ¿Aplicaciones Grafeno?

24 E LEMENTOS ISFV: P ANEL F OTOVOLTAICO Un panel estándar está compuesto de: Una lámina protectora en la parte superior con una elevada transparencia. Un material encapsulante que evita el contacto directo entre el vidrio y la célula, elimina los intersticios originados por las imperfecciones superficiales de las células y aísla eléctricamente la célula del resto del panel, suele utilizarse Etileno Vinilo Acetato (EVA). El conjunto de células conectadas en serie/paralelo. Un soporte (vidrio, metal, plástico) en la parte posterior. Un bastidor metálico, normalmente de aluminio. 24

25 E LEMENTOS ISFV: P ANEL F OTOVOLTAICO 25

26 ISFV: P ANEL F OTOVOLTAICO (P ARÁMETROS ) La máxima tensión del panel, cuando NO está conectado a ninguna carga (en vacio). Tensión de circuito abierto ( VOC ): Máximo valor de corriente que puede suministrar el panel (terminales en cortocircuito). Corriente de cortocircuito ( ISC ): La potencia máxima que puede entregar el panel en condiciones estándar. La potencia máxima (Pm): Intensidad producida en el punto de máxima potencia. Imp Tensión en el punto de potencia máxima Vmp Parámetro que indica la relación entre la potencia máxima y el producto (Voc. Isc ). FF factor de llenado: 26

27 ISFV: P ANEL F OTOVOLTAICO (P ARÁMETROS ) 27 V co I SC

28 ISFV: P ANEL F OTOVOLTAICO (C URVA V-I) 28 En cortocircuito la intensidad es máxima (I sc ) Sin carga la tensión es máxima (V co ) ¿Potencia en estas dos situaciones? 0 W Al aumentar la tensión, aumenta la potencia hasta llegar P m, después desciende. 1 kW/m 2 irradiación. perpendicular a los paneles. 25 °C de temperatura en las células. Masa de aire (MA) igual a 1,5 Condiciones Estándar (STC):

29 ISFV: V ARIACIÓN DE LA E NERGÍA P RODUCIDA La variación de la energía depende de: 1. Irradiancia. 2. Temperatura de los módulos. 3. Sombreados. Variación U-I (sin carga) en función de la Irradiancia : 29 La I desciende y la La Variación U es Mínima.

30 ISFV: V ARIACIÓN DE LA E NERGÍA P RODUCIDA Variación de curva U-I según Temperatura : El módulo (sin carga) reacciona al contrario que en caso anterior, es decir: 30 La I no varia mucho y la U Desciende.

31 ISFV: V ARIACIÓN DE LA E NERGÍA P RODUCIDA Variación de la eficiencia por Sombras : A la sombra una célula deja de producir energía y pasa a comportarse como una carga. Se comporta como un diodo bloqueando la corriente que generan las células conectadas en serie. Además puede llegar producir daños en el módulo por sobrecalentamiento efecto punto caliente. Normalmente los módulos comerciales llevan de 2 a 4 diodos By-pass (según nº de células). 31

32 ISFV: A GRUPAMIENTO DE P ANELES Diodo de bloqueo y by-pass: Diodo de bloqueo y by-pass Provoca Tensión Inversa La célula = Receptor Se calienta Reducimos su vida útil 32

33 T AREA 2: D ISEÑA UN P ANEL FV Para montar un sistema de iluminación en el jardín de una casa de campo, necesitamos un panel solar capaz de proporcionar a su salida una tensión de 6 V, y una corriente máxima de 9 A. Para ello contamos con unas células solares cuyas características son: V OC = 0,3 V I SC = 1,5 A Dimensiones: 10 × 10 cm Realiza un esquema de cómo habría que conectar las células para obtener el módulo apropiado para este sistema de iluminación. 33

34 T AREA 3: E STUDIO DE C ATÁLOGOS Los fabricantes de módulos nos suelen proporcionar diferentes tipos de gráficas y datos característicos: Curva U-I para condiciones estándar (STC). Curva U-I para diferentes Temperaturas e Irradiancias. Potencia de Pico. Tensión en Vacio… Tu tarea en este ejercicio consistirá en obtener el catálogo de al menos dos fabricantes y comparar dos módulos distintos (potencia, tipo, aplicación…) de cada fabricante. Comparar (tipo de células y nº, potencia, intensidad, curvas U-I, protección by-pass…). Realiza una presentación ppt y expón los resultados obtenidos. 34

35 T AREA 4: A GRUPACIÓN DE P ANELES Ejercicios agrupación de paneles solares 1. Utilizar paneles solares cuyas características se dan a continuación: La potencia total que se espera consumir en la instalación es de 4 puntos de luz de 30W, trabajando a 12 voltios DC. Decidir qué tipo de panel utilizar, cuántos paneles son necesarios y de qué forma habría que conectarlos. Buscar catálogo general de Atersa y selecciona el modelo y cantidad de paneles necesarios para suministrar a una vivienda una potencia de 3600W. Intenta ocupar la superficie mínima. 35

36 T AREA 5: A PROXIMACIÓN P OTENCIA A ISLADA Utilizando los catálogos de síliken, atersa, BP-solar… Calcula, selecciona el modelo y dibuja el esquema eléctrico de conexión de los paneles necesarios para suministrar electricidad a un refugio de montaña instalado en castell de castells. Si deseamos iluminar las siguientes estancias con una potencia luminosa de:potencia luminosa a) Salón: 2200 lumen b) 4 Habitaciones: 550 lumen cada una. c) Baño: 550 lumen. d) Cocina: 2200 lumen. e) Otros usos eléctricos: 100W. La instalación puede funcionar a 12 o 24 VDC. No tener en cuenta la necesidad de acumuladores. Realizar también un presupuesto del material eléctrico necesario (sin tener en cuenta el cable). 36


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