UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA CALIDAD DE ENERGIA Ing. Gilberto Alexander.

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1 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA CALIDAD DE ENERGIA Ing. Gilberto Alexander Motto García INTEGRANTES: SAMUEL ELISEO PADILLAS VILLATOROPV201301 CARLOS ANTONIO SIGUENZA MORALESSM201502 HÉCTOR MAURICIO ALFARO RIVERA AR201401 JOSE GUILLERMO CONSUEGRA RAMÍREZCR201211 “CALIDAD DE ENERGÍA EN SISTEMAS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICOS”

2 OBJETIVOS  Conocer los elementos claves que afectan la calidad de energía en un sistema de generación fotovoltaico.  Interpretar la mejor selección del tipo de inversor a instalar en una instalación dependiendo las condiciones de carga y tipología.  Establecer los criterios para identificar condiciones de mala calidad de energía en un sistema de generación fotovoltaica.

3 DESARROLLO DE LA GENERACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA. ORIGEN. Edmund Becquerel, Físico Francés en 1839 descubrió que cierto materiales podían generar pequeñas corriente eléctricas cuando eran expuestas a la luz, ya en 1873 Willoughby Smith descubrió el efecto fotovoltaico en un elemento sólido como el selenio, luego el premio nobel Albert Einstein en 1921 realizo diversas teorías que explicaban el efecto fotovoltaico de manera matemática.

4 La energía fotovoltaica del sol viene formada por la luz blanca y que posee diferente colores a diferentes longitud de onda(nm), así desde el color violeta (380-436nm) hasta rojo (627-770nm) donde se puede observar que el color azul son más energético que el rojo.

5 Tipos de Células fotovoltaicas

6 Tipos de sistemas fotovoltaicos Sistemas Autónomos s utilizado en las zonas rurales y aisladas y son autónomos ya que requiere batería, son de amplio margen de aplicaciones que contienen: Modulo fotovoltaico Regulador Batería Inversor DC/AC

7 Sistemas fotovoltaicos conectados a la red En este el generador fotovoltaico capta la radiación solar y la transforma en energía eléctrica que en lugar de almacenarla en batería, como en los sistemas asilados e híbridos, se puede utilizar directamente en el consumo o en la entrega a la red de distribución.

8 CALIDAD DE ENERGÍA EN SISTEMAS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICOS Con la creciente expansión de las fuentes renovables de generación, la calidad de la energía suministrada a los distintos usuarios se convierte en una preocupación para las empresas distribuidoras y para el administrador de la red. Visto de esta manera, el concepto de calidad de energía se entiende como aquel suministro de energía eléctrica de alta calidad, cuyas características de voltaje, frecuencia, ruido, distorsión y conexión a tierra están dentro de los rangos aceptables.

9 Visto de esta manera, el concepto de calidad de energía se entiende como aquel suministro de energía eléctrica de alta calidad, cuyas características son:  Voltaje  Frecuencia  Ruido  distorsión  conexión a tierra !!! ESTÁN DENTRO DE LOS RANGOS ACEPTABLES!!!

10 La energía solar es una fuente discontinua. La demanda existente y la producción de energía no coinciden completamente con la disponibilidad de radiación solar.

11 ELEMENTOS Y CONSIDERACIONES REQUERIDOS EN LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

12 Consideraciones. Ubicación Del Sistema Fotovoltaico Cualquier implantación de un sistema de energía solar fotovoltaica sostenible lleva implícito la optimización de los recursos a utilizar. Esta es la base del diseño y del montaje de las instalaciones fotovoltaicas.

13 Para conseguir una alta incidencia de los rayos solares, es decir, del aprovechamiento del Sol, es imprescindible el conocimiento de la trayectoria solar, el perfil de las necesidades y de los condicionantes de la ubicación con esto se estará asegurando una mayor calidad a la energía eléctrica que se producirá ya sea para consumo de una vivienda o para ser inyectado a la red.

14 Todo ello conlleva determinar la orientación y la inclinación de los paneles solares. AES Moncagua es una planta de generación fotovoltaica con una capacidad instalada de 2.5 MW, producidos a través de más de 8 mil módulos fotovoltaicos de tipo policristalino.

15 Si se realiza un estudio de las zonas con mayor irradiación solar para elegir la ubicación de la planta esto abonara un factor a favor de la generación de energía eléctrica con la mayor calidad de estabilidad y continuidad del suministro eléctrico.

16 Como orientar los paneles solares. Con el objetivo de mantener una alta calidad de energía eléctrica a través de un sistema de generación fotovoltaica es sumamente necesario conocer el ángulo y la irradiación solar en la zona seleccionada

17 Incidencia de sombras Para lograr el máximo aprovechamiento de un sistema de energía solar fotovoltaica, se deberá tener cuidado de la incidencia de posibles sombras sobre los paneles, tanto las cercanas (objetos que tapan momentáneamente la radiación directa del Sol)

18 Separación entre hileras de paneles solares La separación entre hileras de paneles fotovoltaicos debe garantizar la no superposición de sombras entre las hileras de paneles los meses del solsticio de invierno / verano.

19 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICO y SUS EFECTOS EN LA CALIDAD DE LA ENERGIA

20 Paneles Están formados por un conjunto de células fotovoltaicas que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos mediante el efecto fotoeléctrico. Los paneles fotovoltaicos, en función del tipo de célula que los forman, se dividen en: CRISTALINAS Monocristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio (Si) (reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos, si se puede apreciar en la imagen, se aprecia que son curvos, debido a que es una célula circular recortada). Policristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas. AMORFAS: cuando el silicio no se ha cristalizado.

21 BARRA DE SILICIO POLICRISTALINO

22 CELULA SOLAR PANEL SOLAR

23

24 Radiación y Eficiencia de los Paneles La venta módulos solares fotovoltaicos está creciendo en cifras récord durante los últimos años, pero debemos ser muy cautelosos a la hora de elegir una u otra marca. Solemos fiarnos de comentarios, tales como:  “El fabricante ha garantizado el rendimiento del panel”  “Nadie más ha tenido problemas con el rendimiento del panel”  “Todos los paneles son prácticamente iguales”

25 ¿cuál es el valor real de la garantía y/o rendimiento del panel solar? Los problemas con paneles solares rara vez se hacen públicos, pero existen, y muchos. De hecho, en muchos países, las pruebas de rendimiento y veracidad de documentación son obligatorias antes de poder financiar una planta solar.

26 Medir el valor real Los paneles solares se venden con una potencia nominal de salida, típicamente entre 260-340 Watt pico (Wp) y su precio se mide en Dólar /Wp. Cada panel solar se prueba al final de cada línea de producción para que un fabricante conozca la potencia real de salida de cada panel.

27 Un simple vistazo a algunas estadísticas que se muestran en el siguiente gráfico, pone de manifiesto que hay un serio problema de calidad y veracidad en los paneles solares que llegan a nuestras manos.

28 CONEXIONES DE PANELES SOLARES Y SU INFLUENCIA EN LA CALIDAD DE LA ENERGÍA. El comportamiento eléctrico de los módulos está dado por las curvas de corriente contra voltaje (curva IV) o potencia contra voltaje (curva PV) que los caracteriza. La curva de potencia se genera multiplicando la corriente y el voltaje en cada punto de la curva IV.

29 Influencia de la irradiación solar en el panel fotovoltaico. El funcionamiento del módulo fotovoltaico se ve afectado por la intensidad de la radiación y de la temperatura. La Figura muestra el comportamiento de la corriente producida en función del voltaje para diferentes intensidades de la radiación solar.

30 Respuesta del panel solar a diferentes temperaturas. En el grafico se muestra el efecto que produce la temperatura sobre la producción de corriente en el módulo. Esta vez, el efecto se manifiesta en el voltaje del módulo. La potencia nominal se reduce aproximadamente 0.5% por cada grado centígrado por encima de 25 °C

31 Arreglos fotovoltaicos Para Incrementar el voltaje: Los módulos solares se conectan en serie para obtener voltajes de salida más grandes. El voltaje de salida, Vs, de módulos conectados en serie está dado por la suma de los voltajes generados por cada módulo.

32 ARREGLOS Para Incrementar la corriente: Los módulos solares o paneles se conectan en paralelo para obtener corrientes generadas más grandes. El voltaje del conjunto es el mismo que el de un módulo (o un panel); pero la corriente de salida, IT, es la suma de cada unidad conectada en paralelo.

33 Diodos de paso Para evitar el flujo de corriente en la dirección opuesta se utilizan diodos de bloqueo. Los diodos de paso, proporcionan un camino de alivio para evitar que circule corriente por un panel o un módulo sombreado (sombra de nubes o de objetos).

34 REGULADORES

35 Hay diferentes tipos de reguladores en función del principio de funcionamiento que tengan: Reguladores de carga tipo paralelo (shunt) Basan su funcionamiento en un transistor que deriva la corriente procedente de los módulos hacia una carga resistiva de disipación.

36 NOTA: Este sistema (Reguladores de carga tipo paralelo (shunt)) provoca calentamiento del mismo regulador, lo que provoca desgaste y pérdidas; por tanto, los reguladores de este tipo tienen limitado la corriente de trabajo a pocos amperios y, por tanto, serán válidos para instalaciones fotovoltaicas pequeñas.

37 Reguladores de carga tipo serie Este tipo de reguladores basan su funcionamiento en la interrupción de la corriente hacia la batería, en función de su voltaje. Gracias a las tecnologías actuales, este interruptor es progresivo, por lo que se puede mandar para poder tener diferentes niveles de carga.

38 CARACTERISTICAS: Este tipo de reguladores se conectan en serie entre los paneles y la batería y, como no disipan calor, pueden ser más bien pequeños y pueden ir montados en lugares cerrados si fuera necesario. Otros modelos de reguladores de este mismo tipo, usados en grandes instalaciones, desvían la corriente de los paneles en otros circuitos cuando las baterías están cargadas para utilizar esta energía para otros usos. Otros modelos desconectando automáticamente los paneles solares o grupos de paneles fotovoltaicos a medida que la tensión de la batería crece, para dejar pasar sólo la corriente necesaria y nunca en exceso.

39 Reguladores de carga con seguimiento de máxima potencia La tecnología de un regulador MPPT es más compleja que la de los reguladores normales, ya que hacen una búsqueda del mejor punto de rendimiento de los paneles. Con un regulador MPPT, la electrónica se encarga de buscar automática y permanentemente la tensión donde el panel entrega su máxima potencia, una sombra o un cambio en la temperatura. En este momento, el seguidor del MPPT adapta la tensión de entrada de los paneles al mejor punto de rendimiento para las condiciones del momento.

40 INVERSORES

41 TIPOS DE INVERSORES: Inversores De Conexión A Red Los inversores de sistemas aislados Onda modificada: Los inversores de Onda Modificada tienen un mayor rendimiento comparado con los de onda cuadrada. Onda pura Inversores: Onda pura están diseñados para no generar interferencias o ruidos en los equipos electrónicos como son los televisores, equipos de sonido, entre otros; generalmente se utilizan donde no hay tendido eléctrico o red eléctrica. Onda cuadrada

42 Comparación gráfica

43 Análisis y comparación de una señal generada por un sistema fotovoltaico y señal proporcionada por la red.

44 PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN Para el análisis, se realizaron mediciones de forma de onda, voltajes, corrientes, intensidad luminosa e imágenes de calor en sistemas de iluminación residencial capaces de pertenecer a un sistema fotovoltaico. Se emplearon dos tipos distintos de cargas (lámparas) para estas mediciones: 10 focos incandescentes de 100 watts cada uno conectados en paralelo 8 lámparas fluorescentes T-12 conectados dos en cada balastro de 79 watts en paralelo

45 El suministro de energía fue de dos tipos: Corriente alterna controlada con un autotransformador tipo “VARIAC” ajustable de 0- 120 volts, conectado a la red convencional. El uso de un inversor comercial marca Steren de 1000 watts, conectado a baterías marca Champion.

46 RESULTADOS EXPERIMENTALES Red de CA Para la primera prueba, los dos circuitos fueron conectados a un VARIAC que suministraba 120 v conectado a corriente alterna. Los resultados obtenidos para las cargas incandescentes fueron los siguientes: Obteniendo un promedio de 709 lúmenes. 120V y 8A suministrado por la red comercial.

47 Los resultados obtenidos para las cargas fluorescentes fueron los siguientes: Obteniendo un promedio de 583 lúmenes. 120V y 2.7A suministrado por la red comercial.

48 Distorsión armónica corriente Debido a la distorsión en la forma de onda en la corriente, se presenta un elevado valor de la distorsión armónica total de la corriente (THD=34.1%). Se observan valores elevados del III y V armónico.

49 Inversor de voltaje Para la segunda prueba, los dos circuitos fueron conectados al inversor comercial de 1000 watts alimentado por una batería marca Champion. Los resultados obtenidos para las cargas incandescentes fueron los siguientes: Obteniendo un promedio de 355 lúmenes. 102V y 7,3A suministrado por el inversor.

50 Distorsión armónica de voltaje y corriente voltaje Corriente

51 Los resultados obtenidos para las cargas fluorescentes fueron los siguientes: Obteniendo un promedio de 468 lúmenes. 104V y 3.7A suministrado por el inversor.

52 Distorsión armónica de voltaje y corriente voltaje Corriente

53 NORMA PARA USUARIOS FINALES PRODUCTORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON RECURSOS RENOVABLES EL SALVADOR. ANEXO I ACUERDO 367-E-2017 GERENCIA DE ELECTRICIDAD Publicado el 11 de octubre de 2017., D. O. No. 189, tomo 417.

54 CONTENIDO DE LA NORMA (anexo 1) CAPÍTULO I. DISPOSICIONES GENERALES. Artículos del 1 al 4 CAPÍTULO II. NOTIFICACIÓN A LA EMPRESA DISTRIBUIDORA. Artículos del 5 al 16 CAPÍTULO III. REQUERIMIENTOS TÉCNICOS. Articulo 17 al 23 CAPÍTULO IV. FACTURACIÓN. Artículo del 24 al 28 CAPÍTULO V. SEGURIDAD Y OPERACIÓN DE LAS INSTALACIONES. Articulo 29 al 36 CAPÍTULO VI. CALIDAD DE LA ENERGÍA. Articulo 37 al 41 CAPÍTULO VII. INSPECCIONES Y MANTENIMIENTO Articulo 42 al 46 CAPÍTULO VIII. AMPLIACIÓN DE LA CAPACIDAD Articulo 47 al 49 CAPÍTULO IX. CONDICIONES NO PERMITIDAS. Articulo 50 CAPÍTULO X. TRANSFERENCIAS DE BIENES. Articulo 51 al 52 CAPÍTULO XI. DISPOSICIONES FINALES. Articulo 53 al 56

55 Conclusiones Los factores que se deben tratar en la calidad de energía en un sistema solar fotovoltaico inician desde las condiciones ambientales y de entorno que se dispone contemplando sombras que afecten de áreas cercanas, no dejando de considerar la fauna que existe. Uno de los puntos claves en la calidad de energía en estos sistemas depende mucho de los inversores de Voltaje DC-AC los cuales por el tipo de carga a conectar se debe seleccionar de forma minuciosa aunque para efectos de mayor calidad de energía se recomienda un inversor de onda sinusoidal pura teniendo en cuenta que esto incrementa los costos del sistema en general pero se evitan daños en los equipos y mayores pérdidas de energía.