Energía Solar- Conceptos Básicos

Presentación del tema: "Energía Solar- Conceptos Básicos"— Transcripción de la presentación:

1 ASIA-COMITÉ DE ENERGIA Energía Solar Fotovoltaica Con Enfoque Residencial

2 Energía Solar- Conceptos Básicos
La energía Solar es una fuente de energía de origen renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación Electromagnética procedente del sol. La energía solar en una forma u otra es la fuente de casi toda la energía en la tierra. Los seres humanos, como todos los otros animales y plantas, dependen del sol para el calor y comida. La energía solar varía de un lugar a otro (depende de factores geográficos), depende de la época del año y de las condiciones de la atmósfera local. Una de las manifestaciones de la energía solar es la luz, a más luz más energía.

3 Energía Fotovoltaica La energía fotovoltaica : A menudo abreviado como PV. Es un método simple y elegante de aprovechar la energía del sol. Dispositivos fotovoltaicos (células solares) son los únicos que convierten directamente la radiación solar incidente en electricidad, sin ruido, contaminación, movimiento por lo que es robusta, fiable y duradera. Aunque la mayor parte de los dispositivos fotovoltaicos hoy se utilizan por razones puramente prácticas y económicas, un beneficio potencial de la energía fotovoltaica es El impacto ambiental de la generación de electricidad. Sobre todo por el efecto invernadero, esto añade una razón importante para examinar la energía fotovoltaica.

4 Terminología La irradiancia es la unidad de medición utilizada para describir la potencia incidente por unidad de superficie de todo tipo de radiación electromagnética. Su símbolo es G. Unidad: Watt/m². La irradiación se refiere a la cantidad de energía que se obtiene en un día, mes o año. La irradiación varía a lo largo de todo el año. Y su unidad de medida son KiloWatt-hora /m²/día. Horas sol pico: Conocida por su abreviatura HSP son las horas equivalentes de sol en las que se asume una irradiancia constante de 1000 W/m². Kilo watt-Hora: Abreviado como Kwh, son las unidades de medida de la energía para nuestro caso son las unidades de medida de la energía eléctrica.

5 Radiación La radiación que llega, varía de forma aleatoria debido a muy diversos efectos que provoca sobre ella la atmósfera terrestre. Una gran parte es absorbida y dispersa por agentes como la polución y la nubosidad. Casi un 40% de la radiación en la superficie lo hace no en forma de luz visible, sino como radiación infrarroja Su flujo radiante es de 3,8x1026W equivalente a una densidad de 62,5MW por cada m2 de superficie solar. De toda ella solo una pequeña parte, 1,37KW a 1KW por metro cuadrado aproximadamente, llega a la superficie de la tierra como consecuencia de la distancia que los separa.

6 Tipos de Radiación La radiación directa es, como su propio nombre indica, la que proviene directamente del sol. La radiación difusa es aquella recibida de la atmósfera como consecuencia de la dispersión de parte de la radiación del sol en la misma. Esta energía puede suponer aproximadamente un 15% de la radiación global en los días soleados, pero en los días nublados, en los cuales la radiación directa es muy baja, la radiación difusa supone un porcentaje mucho mayor. La radiación reflejada es, como su propio nombre indica, aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, también llamado albedo.

7 Mapa de Radiación solar SWERA
Actualmente la Universidad de El Salvador junto a instituciones estatales y privadas trabajan en la Actualización del mapa solar de El salvador.

8 Como se convierte la energía solar en energía eléctrica
El elemento principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, es un dispositivo construido de silicio (extraído de la arena común). La conversión fotovoltaica consiste en la transformación directa de la energía luminosa en energía eléctrica. Se utilizan para ello unas placas solares formadas por células fotovoltaicas (de silicio o de germanio). Cuando un rayo de luz solar penetra en el material semiconductor del cual esta fabricada la celda solar, se crea un flujo de energía eléctrica. En la célula solar. Fuente :Instalación de sistemas solares sobre techos © Consejo Nacional de Energía

9 Tecnologías Comercialmente mas Utilizadas de módulos Fotovoltaicos
- Silicio Puro Monocristalino. Basados en secciones de una barra de silicio perfectamente cristalizado en una sola pieza . En laboratorio se han alcanzado rendimientos máximos del 24,7% para éste tipo de paneles siendo en los comercializados del 16%. Silicio puro policristalino- Los materiales son semejantes a los del tipo anterior aunque en este caso el proceso de cristalización del silicio es diferente. Los paneles policristalinos se basan en secciones de una barra de silicio que se ha estructurado desordenadamente en forma de pequeños cristales. Son visualmente muy reconocibles por presentar su superficie un aspecto granulado. Se han alcanzado en laboratorio eficiencias del 19.8% y en los módulos comerciales del 14%, siendo su precio también más bajo ..\..\Granjas Solares\CHINALAND\PV SOLAR PANEL Warranty.jpg

10 Módulos Fotovoltaicos de película delgada
Mediante el empleo del silicio con otra estructura o de otros materiales semiconductores es posible conseguir paneles más finos y versátiles que permiten incluso en algún caso su adaptación a superficies irregulares. Silicio amorfo- (TFS) Paneles de este tipo son habitualmente empleados para pequeños dispositivos electrónicos ( Calculadoras, relojes) y en pequeños paneles portátiles. Su rendimiento máximo alcanzado en laboratorio ha sido del 13% siendo el de los módulos comerciales del 8%. Teluro de cadmio- Rendimiento en laboratorio 16% y en módulos comerciales 8% Arseniuro de Galio- Uno de los materiales más eficientes. presenta unos rendimientos en laboratorio del 25.7% siendo los comerciales del 20% ..\..\Granjas Solares\AMORPHOUS PV SOLAR\AURIA Micromorph Thin Film Module.pdf

11 Módulos Fotovoltaicos de película delgada
Diseleniuro de cobre en indio- con rendimientos en laboratorio próximos al 17% y en módulos comerciales del 9% Células solares HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer). Éstas se componen de plaquitas híbridas monocristalinas que están recubiertas de una capa delgada de silicio amorfo. Las células solares pueden ser producidas con grados muy altos de eficiencia y óptimos rendimientos energéticos. Existen también los llamados paneles Tándem que combinan dos tipos de materiales semiconductores distintos. Mediante la combinación de dos o tres tipos de materiales es posible aprovechar una mayor parte de energía. Con este tipo de paneles se ha llegado a lograr rendimientos del 35%. ..\..\Granjas Solares\AMORPHOUS PV SOLAR\AMORPHOUS SUNLIGHT XLD44.pdf

12 Sistema Solares De Conexión a Red
Estos sistemas solares están constituidos básicamente por paneles fotovoltaicos, inversores y la red donde se inyectara la energía producida por el sistema solar. En este arreglo los paneles transforman la energía solar en energía eléctrica de corriente directa, el inversor transforma la energía en corriente alterna y la inyecta en la red, luego esta energía es cuantificada por medio de un medidor. La energía consumida por la casa se mide por otro medidor. Se puede utilizar también un solo medidor bidireccional. Fuente :Instalación de sistemas solares sobre techos © Consejo Nacional de Energía

13 Sistema Solares De Conexión a Red
Estos sistemas pueden ser usados en cualquier lugar que permita la medición de la energía producida por el arreglo FV. Esta energía de retorno da vuelta al medidor en sentido inverso al consumo cuando el sistema FV produce más de lo consumido. Estos sistemas no proveen de respaldo cuando la energía comercial falla.

14 Las sombras limitan la producción de energía eléctrica
Fuente :Instalación de sistemas solares sobre techos © Consejo Nacional de Energía

15 Rendimiento Especifico
CEL, tiene instalado un sistema solar en la azotea de su edificio. El generador fotovoltaico de la institución autónoma, tiene un capacidad de kWp, es una instalación con fines de investigación, razón por la cual se divide en tres sub - generadores, compuesto cada uno por tecnologías de silicio monocristalino, policristalino y amorfo, con una capacidad individual de kwp. El generador ocupa un área de 287 m2, esta orientado al sur con una inclinación de 15º. El rendimiento promedio en kWh por KWp por año instalado de su sistema solar en San Salvador esta entre 1,500 y 1,660 kWh por año. Esta información puede ser corroborada por medio del sitio web:

16 Rendimiento Promedio Anual
Energía producida por tecnologías Monocristalino, Policristalino y Amorfo Rendimiento Promedio Anual Tecnología Rendimiento Especifico Comparación Monocristalino kWh/kWp 100% Policristalino kWh/kWp 98% Amorfo kWh/kWp 90% Referencia:

17 Generación Modular con Sistemas De Conexión a Red Con micro-inversores
Una Ventaja que proporcionan ciertos fabricantes de inversores son los microinverter. Llamados así porque están diseñados para aplicaciones en instalaciones pequeñas en donde facilita el incremento modular según las necesidades del usuario. Generalmente se adaptan a un modulo Fotovoltaico de igual potencia. Esto le permite al usuario incrementar en pequeñas cantidades la potencia de su instalación con facilidades de montaje y a costos reducidos. los incrementos modulares dependerán de el tamaño de los módulos que se escojan y al mismo tiempo de los microinversores escogidos. Comercialmente pueden encontrase micro inversores que van desde los 100W hasta los 300 W para acoplarse a un panel solar. Aunque existen microinversores de potencias mayores con los que forman arreglos serie (Ej.600w monofásico a 1Kw trifásico). Pero los incrementos modulares son mayores.

18 Generación Modular con Sistemas De Conexión a Red Con micro-inversores
Los incrementos modulares permitirán al usuario instalar potencias pequeñas que en la mayoría de los casos la energía que este sistema genere será consumida.

19 Generación Modular con Sistemas De Conexión a Red Con micro-inversores
Por ejemplo: El consumo de una refrigeradora (369 litros) ronda los 420 Kwh/año. Un sistema fotovoltaico de 280Wp produciría la energía necesaria para alimentar este equipo durante un año. (aproximadamente Kwh/Año). Si la energía generada durante el día excede la que esta refrigeradora consume, esta energía puede ser aprovechada por otro equipo conectado en la residencia. De esta manera se consumirá toda la energía producida y será menos la energía que se demande de la red de la empresa distribuidora de energía eléctrica.

20 Beneficios que percibirá en un sistema solar conectado a red
Se percibirá una reducción en su factura eléctrica que dependerá del nivel de generación de energía solar que posea instalado, esta reducción solo se hará efectiva en las horas de sol.

21 Calculo de generación rápido
Para estimar la producción anual de energía del sistema solar en KWh, en la zona metropolitana de San Salvador, se debe multiplicar el tamaño del sistema por 1,660 kWh/kWp Un sistema solar de de 1Kwp Producirá un estimado de energía al final del año de : 1Kwp * 1660 kWh/Kwp= 1,660Kwh Este sistema podría estar compuesto por 4 paneles solares de 250 Wp. Asumiendo que toda esta energía se consume durante el dia, esto implicaría un ahorro anual aproximado de $ al precio promedio actual de la energía eléctrica.

22 Evaluación de generación y ahorro en sistemas solares modulares
1 modulo de 280Wp con micro inversor MPPT. Mes Energía Producida kWh Ahorro Total Ene 45.35 $ Feb 41.50 $ Mar 47.38 $ Abr 36.30 $ May 34.97 $ Jun 35.79 $ Jul 38.13 $ Ago 37.43 $ Sep 29.45 $ Oct 37.13 $ Nov 39.71 $ Dic 42.18 $ Totales Año 465.31 $ Producciones Calculadas según índices de generación 2013 y precios según Pliego Tarifario 2013

23 Evaluación de generación y ahorro en sistemas solares modulares
2 modulo de 280Wp con micro inversor MPPT. Mes Energía Producida kWh Ahorro Total Ene 90.70 $ Feb 83.01 $ Mar 94.76 $ Abr 72.59 $ May 69.93 $ Jun 71.58 $ Jul 76.26 $ Ago 74.86 $ Sep 58.90 $ Oct 74.27 $ Nov 79.42 $ Dic 84.35 $ Totales Año 930.61 $ Recomendación

24 Evaluación de generación y ahorro en sistemas solares modulares
3 modulo de 280Wp con micro inversor MPPT. Mes Energía Producida kWh Ahorro Total Ene 136.05 $ Feb 124.51 $ Mar 142.14 $ Abr 108.89 $ May 104.90 $ Jun 107.36 $ Jul 114.39 $ Ago 112.28 $ Sep 88.35 $ Oct 111.40 $ Nov 119.13 $ Dic 126.53 $ Totales Año $

25 Evaluación de generación y ahorro en sistemas solares modulares
4 modulo de 280Wp con micro inversor MPPT. Mes Energía Producida kWh Ahorro Total Ene 181.40 $ Feb 166.02 $ Mar 189.52 $ Abr 145.18 $ May 139.86 $ Jun 143.15 $ Jul 152.52 $ Ago 149.71 $ Sep 117.80 $ Oct 148.54 $ Nov 158.83 $ Dic 168.70 $ Totales Año $

26 Sistemas de Generación Aislados
Son básicamente un sistema de generación solar que no esta en conexión directa con la red de energía eléctrica convencional, como su nombre lo indica, están en lugares aislados en donde no se tiene acceso económicamente factible para una conexión a la red eléctrica de la distribuidora. Se componen básicamente de : Paneles solares. Regulador de carga. Baterías. Inversor.

27 Componentes Básicos de Un sistema Solar.
Panel solar: Es el componente encargado de captar y generar la energía eléctrica a partir de la radiación solar. La naturaleza de la radiación solar es variable a lo largo del día y del año Regulador de carga:-Regulador- Es el elemento que regula la inyección de corriente desde los paneles a la batería. Controla el estado de carga de la batería para permitir el paso de energía eléctrica proveniente de los paneles. Batería: Almacena la energía de los paneles para los momentos en que no hay sol, o para los momentos en que las características de la energía proporcionada por los paneles no es suficiente o adecuada para satisfacer la demanda.(falta de potencia al atardecer ,amanecer, días nublados). Inversor: Es el componente encargado de adaptar y trasladar la corriente eléctrica generada por los paneles solares (DC) a la corriente que demanda la carga (AC).

28 Duración de los Sistemas de Generación Aislados
El tiempo de vida de estos sistemas depende en gran medida de un buen diseño que este acorde a los equipos que se planifique alimentar con el sistema solar. El tipo de controlador de carga será en buena medida el encargado de cuidar el estado de la batería tanto en la descarga, evitando que no se sobrepase el porcentaje de descarga para el cual esta diseñado, asi como también de cuidar el estado de carga máximo de la batería. El tamaño del banco de baterías dependerá en gran medida de los días de funcionamiento sin sol para el que se diseñe( días de autonomía). Elegir un banco de baterías mas grande de lo necesario volverá muy costoso un sistema solar aislado.

29 Tipos de controladores de Carga
Controlador PWM. Este tipo de controladores son los mas comunes en sistemas solares aislados pequeños debido a su bajo costo. Si bien este tipo de controladores siempre cumplen su función de cuidar las baterías no son siempre la alternativa mas eficiente que garantice el máximo aprovechamiento de la energía eléctrica generada por los paneles solares. Generalmente se utiliza un panel solar adicional en comparación con un sistema que posea un controlador con MPPT Controlador MPPT este tipo de controladores garantizan que el punto de operación de los paneles solares sea el máximo aprovechándose de mejor manera el recurso solar disponible y haciendo que la carga que se demande a la batería sea un poco menor en horas de sol, contribuyendo a alargar la vida de las baterías.

30 Tipos de inversores Aislados
Existen en el mercado básicamente dos tipos de inversores para aplicaciones solare uno de onda sinusoidal modificada y otro de onda sinusoidal pura. La diferencia radica en la calidad de energía alterna con la que se alimentaran los aparatos. En caso que se disponga de equipos delicados es preferible cerciorarse que la forma de onda del inversor sea pura debido a que ciertos equipos pueden verse afectados a lo largo de su vida útil. Los inversores de onda modificada tienen a ser generalmente de mas bajo costo y pueden utilizarse en instalaciones aisladas en donde la calidad de energía no sea un factor de riesgo para los equipos que se conectaran.

31 Sistema Aislado para una Comunidad

32 Sistemas de Generación Aislados
Sistema Aislado: Es un Sistema que puede proporciona un suministro de energía continuo y confiable que puede ser mas económico que la conexión de red si esta esta disponible. También conocido como off grid o fuera de Red.

33 Ejemplos Adicionales de Sistemas Aislados
Sistemas de Bombeo: Es una aplicación con la que se puede potenciar fuertemente la agricultura….

34 Ejemplos Adicionales de Sistemas Aislados
Sistemas de Alumbrado publico. Una aplicación de iluminación de potencial ahorro y libre de fallas que puedan presentarse en la RED.

35 Hojas técnicas de paneles solares

36 Hojas técnicas de paneles solares
Las hojas de datos proporcionan información como por ejemplo: La potencia máxima de operación al cual se puede hacer trabajar los paneles. La curva de respuesta del panel solar bajo diferentes condiciones de irradiación. La garantía del modulo, esta garantía es viene dada en potencias y tiempo lo que significa que el fabricante garantiza a lo largo de un tiempo un valor de potencia y pasado ese tiempo garantiza una potencia diferente. Es importante tomar en cuenta que los parámetros eléctricos reflejados en las hojas de datos son basados en condiciones ambientales controladas en laboratorios de prueba y que la potencia en condiciones reales de operación serán variables dependiendo de las condiciones climáticas del lugar en el que se instale. En el salvador la potencia de un modulo bajo condiciones reales de operación será a la baja debido a las altas temperaturas que se tiene en el país.

37 Instalaciones industriales
Generalmente es la industria la que sufre mas el impacto de los incrementos en la energía eléctrica razón por la cual un sistema solares una solución que puede ayudarle a bajar su consumo de energía eléctrica. La manera mas adecuada de aprovechar al máximo este recurso, es realizando un dimensionamiento adecuado de acuerdo al perfil de consumo de por lo menos un año. Este perfil de consumo puede verificarse en las facturas de energía eléctrica y de una forma mas certera en el consumo que se tenga en la franja horaria de resto, debido a que también la producción de energía solar se da dentro de esta franja.

38 Estimaciones de ahorro e inversiones por potencias
Para potencias superiores a los 50Kw los precios en el mercado podrían estar entre $ 2.40 y $3.20 el Wp instalado de un sistema de energía solar. Por ejemplo si usted desea realizar una instalación de 100 kWp y obtiene un precio de 2.9 $/Wp la inversión rondaría los $ 290, y obtendría un ahorro que rondaría los $ 31, anuales. El ahorro es calculado tomando en cuenta que toda la energía producida es consumida de esta manera se garantiza el máximo aprovechamiento y el máximo ahorro. Se estima que un 14% de toda la energía producida en un año es debida a la radiación solar de los días domingos. Días en los que en algunos casos esta energía no es consumida dentro de las instalaciones y por lo tanto podría ser inyectada a la red de la distribuidora fuera de las instalaciones del propietario. Por eso se estima conveniente vender ese excedente de energía a la distribuidora local.

39 Estimaciones de ahorro e inversiones por potencias
Costo anual evitado. 82kWp $ 25,647.00 100kWp $ 31,277.00 200kWp $ 62,554.00 300kWp $ 93,831.00 400kWp $ 125,108.00 600kWp $ 18, 1MWp $ 312,772.00 En instalaciones de gran tamaño es indispensable buscar la mejor ubicación que garantice los mejores niveles de irradiación de la zona durante todos los meses del año.

40 Variaciones mensuales en los ingresos
Debido a que la producción de energía solar es evidentemente vulnerable a los cambios climáticos. Se espera tener variaciones en la producción en cada mes del año debido a la posición del sol, la nubosidad, la temperatura y los niveles de irradiación. Consideraciones: Calculo basado en una planta solar de 400kWp. Los precios por kWh son tomados de los pliegos Tarifarios 2013 para cada periodo correspondiente. Valido para la zona metropolitana de San Salvador.

41 Conclusiones y Recomendaciones
Ejemplo Sistema Generador Solar conectado a la Red 600 KWp ..\..\Granjas Solares\Calle Huizucar 600KWp\Exel Generacion aumentada 6% indexada.xlsx

42 GRAFICA TIPICA IRRADIACION EN EL SALVADOR POR DIA

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44 Zonas de mayor irradiancia en El salvador
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