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Laclulasolarysufuncionamiento.

Condicionesdefuncionamientodelostiposdebateras.

Caractersticasymododeempleodelinversorydelregulador,ysustipos.

Y estudiaremos:

Clasicarlostiposdeinstalacionesdeenergasolar.

Identicarlosprincipalesparmetrdelospanelessolares.

Describirelfuncionamientodelasbateras.

Describirelfuncionamientodelinversorydelregulador.

En esta unidad aprenderemos a:

Componentesdeunainstalacsolarfotovolta

Unidad

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Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1

8

1. Introduccin a la energa solarLaelectricidadesunadelasformasdeenergamsverstilesyquemejorseadaptacadanecesidad.Suutilizacinesttanextendidaquedifcilmentepodraconcebirunasociedadtecnolgicamenteavanzadaquenohicieseusodeella.

Hoydaexistenmilesdeaparatosque,bienenformadecorrientecontinuaodecorrie

tealterna,utilizanlaelectricidadcomofuentedeenerga,ysuusohaprovocadougranaumentodelademandadeconsumoelctrico.

Estehechohapropiciadolabsquedadenuevasfuentesdeenergaynuevossistemasdproduccinelctrica,basados,fundamentalmente,enelusodeenergasrenovables.

Lossistemastradicionalesdeproduccindeelectricidadtienenunaproblemticaasciadaquehacenecesariointentardesarrollarotrotipodefuentesenergticas:

Centrales hidrulicas:elefectoinvernaderoyelcambioclimticohacenquecavezlassequasseanmsprolongadasy,portanto,nosepuedaasegurarlaproduccinestabledeelectricidadatravsdeestascentrales.

Centrales trmicas:tienenelproblemadequeloscombustibles silessonunrecurlimitadoeneltiempo.Ademsprovocanunagranemisindegasescontaminantperjudicialesparaelefectoinvernadero.

Centrales nucleares:tienenelproblemadelaeliminacindelosresiduosgeneradoademsdelpotencialriesgodeunaccidentenuclear.

Fig. 1.1. Principales energasrenovables y no renovables:

a) hidrulica; b) trmica;c) nuclear; d) elica;

e) solar trmica;) solar otovoltaica;

g) biomasa;

Comoyahemoscomentado,latendenciaactualeslautilizacindeenergasrenovables.Esaqudondecobraimportancialaenergasolar.Variassonlasformasdeapvecharelsolparalaproduccindeelectricidad;sedistingueentre:

Mtodos indirectos:elsolseaprovechaparacalentarunuido(quepuedeseraguasodio,sales fundidas...)y convertirloenvapor,con eln deproducirelectricidamedianteelmovimientodeunalternador.Laproduccindelaelectricidadserealizmedianteunciclo termodinmicoconvencional,comoseharaenunacentraltrmicdecombustiblefsil.(VerFig.1.2).

Mtodos directos:enelloslaluzdelsolesconvertidadirectamenteaelectricidamedianteelusodelasclulassolares.Sedistingueentresistemas conectados a re

ysistemas aislados (Fig.1.3).

Enestelibro,nosdedicaremosexclusivamentealestudiodelaenergasolarfotovoltaic

Combustible sil: material for-madoporunamezcladecom-puestosorgnicos,queseextraedel subsuelo, con el n de serutilizado como combustible enlos sistemas de produccin deelectricidad. Los ms importan-

tessonelcarbn,elpetrleoyelgasnatural.

VocabularioA

b)

a)

c)

d)

e)

)

g)

Ciclo termodinmico: procesome-diante el cual se transforma laenerga trmica en otro tipo deenerga,comopuedeserlaelec-tricidad(el caso de las turbinasde las centrales elctricas trmi-cas),movimiento(losmotoresdeloscoches,porejemplo),etc.

Recuerda

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1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica

Campo deheliostatos

Receptor

Transformador

Tanques dealmacenamiento

de sodio Caldera Motor de vaporGenerador

Fig. 1.3. Sistema conectado a red(a) e instalacin otovoltaica autnoma (b).

Instalacin conectada a la red elctrica

Instalacin solar autosuficiente: la vivienda no tieque estar conectada a la red, produciendo por sla electricidad necesaria para su consumo

Fig. 1.2. Esquema de la constitucin de una central trmica solar de torre central. Una vez que elfluido pasa por el motor de vapor, se enra y es elevado (lnea azul) hasta el receptor, donde escalentado y enviado hacia abajo (lnea roja), para volver a completar el ciclo.

2. Los heliostatos estn formados porconjunto de espejos que se mueven sejes, con el fin de mantener en una pesuperficie el reflejo de los rayos solareinciden sobre ellos, eliminando de esael efecto del movimiento de la Tierra dlas horas de sol

1. La torre principal est rodeada por un campode espejos, que reciben el nombre de heliostatos.Son los encargados de concentrar la energasolar en un determinado punto de la torre, dondese encuentra la caldera de la instalacin

3. La zona con lnepuntos es equivaleuna central trmicacombustible fsil

Ubicacin de la caldera

8. Sirven para almacenar el calor, a fin de quela central pueda funcionar tambin de noche

6. Es el encargado de producir el vaporde agua que mover el generador

7. En la caldera se calienta el fluidocon el que trabaja la central

9. El fluido fro asciendehasta el receptor, dondees calentado por losrayos solares

4. Se encarga de ael nivel de la tensiproducida, para quconectarse a la red

5. Es el encargado producir la electricipasar a la red elc

En los edificios que tieneninstalaciones solaresconectadas a la red, laenerga producida porellas que no es consumidadirectamente, sino vendidaa la red elctrica alprecio fijado para talesinstalaciones. Por eso en

estas instalaciones siempreaparecen dos contadores:uno para la energaproducida, y otro para laenerga que se consume enel edificio

Inversores

Contadores

Red elctricaconvencional

Vidrio laminadofotovoltaico

Cuadrode protecciones

3 V 6 V 12V 12V

+ + +

Inversor

Batera

Regulador

a) b)

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Centro de distribucin: desde aqu sale la instalacinque lleva la electricidad a los usuarios finalesGenerador fotovoltaico

2. Clasifcacin de las instalaciones solaresotovoltaicas

Laclasicacindelasinstalacionessolaresfotovoltaicas(ISF)lapodemosrealizarefuncindelaaplicacinalaqueestndestinadas.As,distinguiremosentreaplicac

nes autnomasyaplicaciones conectadas a la red.

2.1 Aplicaciones autnomas

Producenelectricidadsinningntipodeconexinconlaredelctrica,andedotardestetipodeenergaallugardondeseencuentranubicadas.Puedendistinguirsedbloques:

Aplicaciones espaciales:sirvenparaproporcionarenergaelctricaaelementoscolocadosporelserhumanoenelespacio,talescomosatlitesdecomunicaciones,lEstacinEspacialInternacional(vercuadroalmargenyFig.1.4),etc.Lainvestigcinenestareapropicieldesarrollodelosequiposfotovoltaicostalycomoloconocemosenlaactualidad.

Aplicaciones terrestres,entrelasquecabedestacarlasprofesionales:

Telecomunicaciones: teleona rural,varadio;repetidores (detelefona,televisietctera).

Electrifcacin de zonas rurales y aisladas:estasinstalaciones,quesepuedenrelizarencualquierlugar,estnpensadasparapasesyregionesen desarrollotodasaquellaszonasenquenoexisteaccesoalaredelctricacomercial(enEropahaycercadeunmillndepersonassinaccesoaestared):viviendasaisladas,deocupacinpermanenteoperidica,refugiosdemontaa,etc.Enciertopases,comoCubaoBrasil,seempleanenlocalescomunitarios(consultoriosmdicos,escuelas)oparaabastecerdeelectricidadaundeterminadogrupodepsonas(unpueblo,unaaldea,etc.).

Sealizacin:seaplica,porejemplo,asealesdetrcoluminosas,formadaspodiodosLED,alimentadosporunpanelsolaryunabatera.

Alumbrado pblico:seutilizaenzonasenlasqueresultacomplicadollevarunlneaelctricaconvencional.

Fig. 1.5. Central FV aislada en el desierto de Nevada.

Losequiposespacialesdesplie -ganlospanelessolaresunavez

queseencuentranenlaposicindelarbita.Enalgunoscasos,la supercie de estos panelespuedeserbastantegrande,lle -gando a ocupar, como en elcaso de la Estacin EspacialInternacional,unasuperciede2500 m2. Estos paneles soncapacesdeentregarunapoten-ciade110kW.

Fig. 1.4. La Estacin EspacialInternacional.

Sabas que.. .?

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Bombeo de agua: estas instalaciones estn pensadas para lugares tales comogranjas,ranchos,etc.Sepuedenrealizarencualquierlugar.Suusopuedesertantoparaaguapotablecomoparariego.

Redes VSAT:redesprivadasdecomunicacin(paraunaempresa,unorganismoocial,etc.)queactanatravsdesatlite.Laenergasolarseutilizaparaalimen -tarlasestacionesdelared.

Telemetra:permiterealizarmedidassobrevariablesfsicasytransmitirlainforma-cinaunacentral(p.ej.:controldelapluviometradelacuencadeunro).

Otras aplicaciones:juguetes,alumbradoenjardines,divertimentos.

2.2. Aplicaciones conectadas a la red

Enellas,elproductornoutilizalaenergadirectamente,sinoqueesvendidaalorganis -moencargadodelagestindelaenergaenelpas.Tienenlaventajadequelapro-duccindeelectricidadserealizaprecisamenteenelperiododetiempoenelquelacurvadedemandadeelectricidadaumenta,esdecir,duranteelda,siendomuyimpor -tantesloskilovatiosgeneradosdeestaforma.Cabedistinguir:

Centrales otovoltaicas y huertos solares:recintosenlosqueseconcentraunnmerodeterminadode instalacionesfotovoltaicasde diferentespropietariosconeln devenderlaelectricidadproducidaalacompaaelctricaconlacualsehayaestable -cidoelcontrato(Fig.1.6).Laenergavendidapuedeestaranombredeunapersona,unasociedad,etc.(lapotenciainstaladadependedelasdimensionesdelgeneradorfotovoltaico).Cadainstalacintienesupropietarioytodasellasseubicanenelmis-molugar.Estoposibilitamejorasenelmantenimientodelainstalacin,vigilancia,plizasdeseguros,etc.

Edifcios otovoltaicos:esunadelasltimasaplicacionesdesarrolladasparaelusodelaenerga fotovoltaica.La rpidaevolucinenlosproductosde este tipo hapermitidoelusodelosmduloscomomaterialconstructivoencerramientos,cubier-tasyfachadasdegranvalorvisual.Adems,laenergafotovoltaicaeselsistemadeenergasrenovablesmsadecuadoparalageneracindeelectricidadenzonas

urbanassinprovocarefectosambientalesadversos.Laintegracinarquitectnicaconsisteencombinarladoblefuncin,comoelementoconstructivoycomoproduc -tordeelectricidad,delosmdulosfotovoltaicos(Fig.1.7).

Lamayoradeestossistemashansidointegradosentejados,porqueesalldondeal -canzanlamximacaptacindeenergasolar,peroltimamenteseestacomenzadoaintegrarlosenmurosyfachadas,enlasque,porejemploelvidrioesreemplazadopormdulosdelminasdelgadassemitransparentes.EnelejemplodelaFig.1.7semues-tralaintegracindelospanelessolaresenlafachadadeledicio.Alahoraderealizarestetipodeinstalacionessetienenencuentaconsideracionesestticas(enlaeleccindeltipodepanel),ademsdelasrelacionadasconelrendimientoenergtico.

Fig. 1.6. Huerto solar.

Fig. 1.7. Ejemplo de edifciootovoltaico. La achada est opor paneles solares.

1. LocalizaenInternetalgunaempresaquesedediquealarealizacindeinstala-cionessolaresconectadasaredyestudialascaractersticasdealgunainstala -cinrealizadaporellos.

2. Cmoseclasicanlasinstalacionesfotovoltaicas?

3. Quaplicacionespuedetenerlaenergasolareninstalacionesautnomas?

4. Citaalgnejemplodemtodoindirectodeproducirelectricidadconenergasolar.

5. Paraqusirveunacentralsolarfotovoltaicaautnoma?Esigualqueunhuertosolar?Porqu?

Act ividades

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(+)()

3V6V 12V12V

+ + +

Mdulo fotovoltaicoRegulador de carga

Inversor 12 Vcc / 220 VcaBatera

3. Elementos de una ISFDemanerageneral,unainstalacinsolarfotovoltaica(ISF)seajustaaunesquemcomoelmostradoenlaFig.1.8.Alolargodeestaunidaddetallaremoselfuncionamientodecadaunodeestoselementos.

Los aparatos conectados a unainstalacin solar fotovoltaica

autnoma deben serenergticamente eficientes.

4. La clula solar: caractersticas bsicasElelementoprincipaldecualquierinstalacinde energasolares elgenerador,q

recibeelnombredeclula solar.Secaracterizaporconvertirdirectamenteenelectrdadlosfotonesprovenientesdelaluzdelsol.Sufuncionamientosebasaenel eecotovoltaico.

Unaclulasolarsecomportacomoundiodo:laparteexpuestaalaradiacinsolarlaN,ylapartesituadaenlazonadeoscuridad,laP.Losterminalesdeconexindelclulasehallansobrecadaunadeestaspartesdeldiodo:lacaracorrespondientelazonaPseencuentrametalizadaporcompleto(notienequerecibirluz),mientrasquenlazonaNelmetalizadotieneformadepeine,andequelaradiacinsolarllegualsemiconductor(Fig.1.9).

Fig. 1.8. Componentes de la instalacin.

Diodo: componente electrnicofabricadoconunauninP-N,quetienelaparticularidaddecondu-cirlacorrienteelctricasoloenunsentido.Susmboloes:

Siestpolarizadocondirecta.

Eecto otovoltaico:propiedadquetienen determinados materialesdeproducirunacorrienteelctri-ca cuandoincide unaradiacinlumnicasobreellos.

VocabularioA

Elemento primordial de la instalacin.Convierte la energa del sol en energaelctrica (corriente continua). Est formadopor la unin de diversos paneles, para dotara la instalacin de la potencia necesaria

Nexo de unin entre los paneles

solares y los elementos deconsumo de la instalacin. Seencarga tambin de proteger a losacumuladores ante sobrecargas.Proporciona a su salida la tensincontinua para la instalacin. Fijael valor de la tensin nominal a laque trabaja la instalacin

Solo presente eninstalaciones autnomasProporciona energa a lainstalacin durante losperiodos sin luz solar osin suficiente luminosidaAcumula energa para lainstalacin

6.Buscalaclasicacindelaclaseenergticadeloselectrodomsticoseinves-tigasusprincipalescaractersticas.

Act iv idades

nodo Ctodo

Capaantirrefexiva

Rejilla metlica

Clula

Capa iluminada

300 m Semiconductor tipo N

Semiconductor tipo P

Contacto metlico posterior

FotonesEncapsulado

0,7 m

0,5 m

7.Buscalasfrecuenciasquecorrespondenacadaunade las radiaciones queemiteelSol.Culessonlasquenosotrospodemosver?

Act iv idades

A travs de los contactos metalizadospodemos obtener tanto la tensin como laintensidad capaz de producir en funcinde la cantidad de radiacin recibida

Convierte la corrientecontinua del sistema encorriente alterna, a 220 Vde valor eficaz y f recuenciade 50 Hz, igual a la de lared elctrica. Alimenta losaparatos que trabajan concorriente alterna

Fig. 1.9. Estructura de la clula solar.

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Clculo de la potencia mxima de una clula solarCalcularelvalordelapotenciamximaquepuededisiparlaclula,a25C,apartirdelosdatosdelfabricante:

Caso prct ico 1

4.1. Parmetros undamentales de la clula solar

Corriente de iluminacin (IL):lacorrientegeneradacuandoincidelaradiacinsolarsobrelaclula.

Corriente de oscuridad:esdebidaalarecombinacindelospareselectrn-huecoqueseproduceenelinteriordelsemiconductor.

Tensin de circuito abierto(VOC):lamximatensinqueseobtieneenlosextremosdelaclulasolar,quesedacuandonoestconectadaaningunacarga.Esunacarac-tersticadelmaterialconelqueestconstruidalaclula.

Corriente de cortocircuito(ISC):mximovalordecorrientequepuedecircularporlaclulasolar.Sedacuandosusterminalesestncortocircuitados.

Cuandolaclulasolaresconectadaaunacarga,losvaloresdetensineintensidadvaran.Existirndosde ellosparaloscualeslapotenciaentregadaseamxima:Vm(tensinmxima)eIm(intensidadmxima),quesiempresernmenoresqueVOCeISC.Enfuncindeestosvalores,lapotencia mximaquepuedeentregarlaclulasolarser:

Pm=Vm Im

Estonospermitedenirunparmetrodelaclulasolarquerecibeelnombredeactorde orma(FF)yquesecalculamediantelafrmula:

Vm Im

FF = VOC ISC

Aspues,elactor de ormaeselcocienteentrelamximapotenciaquepuedeentregarlaclulaalacargayelproductodelatensindecircuitoabiertoylacorrientedecorto-circuito.Enlasclulassolaresmshabituales,losvalorestpicosdeFFson0,7o0,8.

Tec

Fig. 1.10. Lugar en que se midtensin en circuito abierto(a)corriente de cortocircuito(b). Een orma de sobre represenclula solar.

Fig. 1.11

ISC

Solucin

Trazamosunalneadesdeelvalorde Vmhastaqueconlagrcaquecorrespondea25C.DesdeaqudoalejeY,obtenemoselvalordeIm=7A.Lapomximalacalculamosapartirdelafrmula:

Pm=Vm Im=0,545V7A=3,815W

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Corriente(A)

Tensin (V)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

25 C

40 C

50 C

60 C Tensinmxima:Vm=545mV

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Corriente(A)

25 C

40 C

50 C

60 C

Fig. 1.12

En una clula solar la pcin de corriente depenla irradiancia (nivel deilcin),detalformaqueadaqueaumentalairradiaumenta la intensidad adelaclula.

Important

a)

b)

VOC

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l i i

ili

i i

l

l i

l l

5. El panel solar

Unpanel solaromdulo otovoltaicoestformadoporunconjuntodeclulas,conectdaselctricamente,encapsuladas,ymontadassobreunaestructuradesoporteomaco.Proporcionaensusalidadeconexinunatensincontinua,ysediseaparavalorconcretosdetensin(6V,12V,24V...),quedenirnlatensinalaquevaatrabaj

elsistemafotovoltaico.EnlaFig.1.13sedestacanlasprincipalescaractersticasdetodopanelsolarypuedverseunesquematpicodesuconstruccin.

Elementos de una ISF

Mdulofotovoltaico.

Reguladordecarga.

Batera.

Inversor.

Conexionado: el panel debe ser fcil de instalar. Lasclulas solares que forman el panel van conectadas entres en serie o en paralelo. Su asociacin desde el punto devista elctrico proporciona el nivel adecuado de tensin eintensidad para el que ha sido diseado el panel solar

Fig. 1.13. Constitucin de un panel solar. Se destacan sus principales caractersticas.

Lostiposdepanelessolaresvienendadosporlatecnologadefabricacindelasclas,ysonfundamentalmente:

Siliciocristalino(monocristalinoymulticristalino).

Silicioamorfo.

EnlaTabla1.1podemosobservarlasdiferenciasqueexistenentreellos.

Clulas SilicioRendimientolaboratorio

Rendimientodirecto

Caractersticas Fabricacin

Monocristalino 24% 15-18%Sontpicoslosazuleshomogneosylaconexindelasclulasindivi-

dualesentres(Czochralski).

Seobtienedesiliciopurofundidoydopadoconboro.

Policristalino 19-20% 12-14%Lasupercieestestructuradaencristalesycontienedistintostonosazules.

Igualqueeldelmonocristalino,perosedisminuyeelnmerodefasesdecristalizacin.

Amorfo 16%

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6

5

4

3

2

1

0

Corriente (A)

paralelo

serie

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2Voltaje (V)

paralelo

+

v

-

+

v

-

+

v

-

2

2

p

n

+

v

-

/

/

5.1. Potencia de la clula solar

Lapotenciaqueproporcionaunacluladetamaoestndar(digamosde10 310cm)esmuypequea(entornoa1o2W),porloquegeneralmentesernecesariotenerqueasociarvariasdeellasconelndeproporcionarlapotencianecesariaalsistemafotovoltaicodelainstalacin.Esdeestehechodedondesurgeelconceptode panelsolaromdulo otovoltaico,cuyoselementosycaractersticasacabamosdever.

Segnlaconexinelctricaquehagamosdelasclulas,nospodemosencontrarcondiferentesposibilidades:

Laconexin en seriedelasclulaspermitiraumentarlatensinnalenlosextremosdelaclulaequivalente.

Laconexin en paralelopermitiraumentarlaintensidadtotaldelconjunto.

Fig. 1.14. Asociacin de clulas solares. Si necesitamos aumentar la tensin, las uniremos en serie; silo que queremos es aumentar la corriente, haremos la asociacin en paralelo.

Asociacin de clulas en serie y paralelo

Paramontarunsistemadeiluminacineneljardndeunacasadecampo,necesitamosunpanelsolarcapazdeproporcionarasusalidaunatensinde6V,yunacorrientemximade9A.Paraellocontamosconunasclulassolarescuyascaractersticasson:

VOC=0,6VISC=3A

Dimensiones:10310cm

Explica cmo habra que conectar las clulas para obtener los valorespedidos.

SolucinParaobtenerelvalordetensinpedido,habraquehacerunaasociacinenseriedelasclulasfotovoltaicas.Comocadaunaescapazdeproporcionarunatensinmximade0,6voltios,seranecesarioconectardiezdedichasclulasenserieparaobtenerlatensinde6voltios.Cadaunodeestosgruposseracapazdeproporcionarunaintensidadmximade3amperios.Comosenospidequeelmduloproporcioneunacorrientede9A,tendramosqueconectarenparalelountotaldetresmdulosde10clulas.

Numerototaldeclulas=1033=30

Caso prct ico 2

Fig. 1.15

3+3+3

3A 3A

10 clulas en cada ramaconectadas en serie

Los elementos conectadserie tienen todos lacorriente, mientras que lmentos asociados en ptienentodoslamismatens

Important

Dos clulas en serie: la tensin de la asociacin esel doble que la de una clula individual

Dos clulas en paralelo: la corriente delconjunto es el doble que la de una clula sola

+

v

-

+

v

-

+

2 v

-

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Obtencin de los valores de tensin e intensidad en el panel cuando se est entregandola mxima potencia.

Dadalasiguientegrcadeunpanelsolar,facilitadaporelfabricante,obtnlosvaloresdeImyVm.EstagrcaesanlogaalaquevimosenelCasoPrctico1paraunaclulasolarindependiente.

Caso prct ico 3

5.2. Principales parmetros. Curvas caractersticas

Alahoradetrabajarconlospanelessolaresnosinteresasaberqudatosnospropcionaelfabricante,conelndeutilizarloscorrectamente.Enloscatlogosaparecetodosaquellosparmetrosquenossondeutilidadalahoraderealizareldiseodelainstalacin.

Entretodalainformacinqueproporcionaelfabricante,vamosairviendoculpueserdemayorrelevancia,desdeelpuntodevistaprctico,alahoradeelegirunpansolar.

Noobstante,hayquetenercuidado,yaquelosvaloresproporcionadosporelfabricateson obtenidos siempre enunas determinadas condiciones de irradiacinsolartemperaturaambiente.Enlaprcticasiempreexistirunapequeadesviacinsobrelovalorestericoscuandoelpanelestcolocadoenlainstalacin.

12,0

10,0

9,0

7,5

6,0

4,5

3,0

1,5

0,0

240,0

210,0

180,0

150,0

120,0

90,0

60,0

30,0

0,0

Intensidad

(A) P

o te

n c

ia (W

)

Voltaje (V)

0,0 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 36,0 40,0

I

P

La curva de potencia (en rojo) se obtiene multiplicando los valores de tensine intensidad dados por la grfica I-V (en azul). Los valores de esta grfica seleen en el eje de la derecha, que est calibrado en vatios (W). As, si trazamosuna lnea desde el pico de la grfica hasta e eje, vemos que obtenemos un valoraproximado de 240 W.

Si trazamos una lnea horizontal desde el punto decorte con la grfica azul hasta el eje Y, obtenemos elvalor de I

m. En este caso ser I

m= 7,5 A V

Si trazamos una lnea vertical desde el punto demxima potencia, donde corte a la grfica azul,bajando hasta el eje X, obtenemos el valor de V

m.

En este caso ser Vm

= 32 V

Fig. 1.16

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Interpretacin de una hoja de caractersticas

Apartirdelahojadadaporelfabricantedeunpanelsolar,vamosaanalizarcmointerpretarlosdatosqueenellaaparecen.

Tabla de caractersticas elctricas

Caso prct ico 4

Potencia mxima(Pmppes un valor de pico, es des la mxima potencia qpuede entregar el panel un determinado momentEl panel funcionarcorrectamente en lainstalacin en la que va ser colocado si este valoes superior al del consum

mximo (en vatios) parael que se ha diseado elsistema fotovoltaico

Tensin en el punto de mximapotencia (V

mpp): es el valor en voltios

de la tensin que proporcionar el panelcuando est trabajando en el valor depotencia P

mpp

Intensidad en el punto de mximapotencia (Impp): es el valor de lacorriente proporcionada por el panelcuando se encuentra en el punto demxima potencia

Intensidad de cortocircuito (Isc): intensidad que circula

por el panel cuando la salida est cor tocircuitadaTensin en circuito abierto (V

oc): tensin en

los terminales de conexin cuando no hayninguna carga conectada en el panel

Caractersticas sicas

Elfabricantenosdaunadescripcindelaspectofsicodel panel: medidas, peso, materiales con los que estconstruido,etc.Estosvaloressernimportantesalahoradeelegirlossoportesparalasujecindelmismo.

Variacin de parmetros con la temperatura

Elfabricantenosproporcionaloscoecientesdeteraturasobrelosparmetrosquedebemostenerencalahoradelacolocacindelpanel.Estosnosdadela variacin que sufren los parmetros del pamedidaqueaumentalatemperatura.

12,0

10,0

9,0

7,5

6,0

4,5

3,0

1,5

0,0

Intensidad

(A)

Voltaje (V)

0,0 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 36,0

I

P

Ejemplo:lapotenciadisminuyeun0,44%porcaddocentgradoqueaumentalatemperatura

Cada columna corresponde a un modelo concreto de panel. En este caso estdefinidos por la potencia mxima que pueden suministrar

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Fig. 1.17. Caja de conexiones de unmdulo otovoltaico.

5.3 Agrupamiento y conexin de paneles

Dependiendodelainstalacinqueestemosdesarrollando,ydelaaplicacinparaquesehadiseado,existelaposibilidaddeutilizarunsolopanelounconjuntodpanelesquesemontarnagrupadossobreundeterminadosoporteyconectadosenselctricamente.

Enaplicacionesdepocapotencia,es posiblehastala utilizacindepanelessolarexibles,quepermitirnaplicacionescomoalimentarunequipode comunicacionerecargarlabateradeuntelfono,etc.

Cuandonecesitamosunapotenciaelevadaquenosepuedeobtenerconunnicomdulofotovoltaico,serecurrealaconexinengrupodevariospanelessolares.

Laconexindelosmdulosfotovoltaicosserealizaporlaparteposteriordelosmismoenunacajadeconexionespreparadaparataln(Fig.1.17).Estacajadeconexicontienelosdiodosdeproteccin(diodosdebypass),quesolodejarnpasarlacorrieteenunsentido,yseopondrna lacirculacindelamismaenelsentidocontrariTienenvariasmisiones:

Impedirquelasbaterasdelainstalacinsedescarguenatravsdelospaneles.

Evitarqueseinviertaelujodecorrienteentrebloquesinterconectadosenparalecuandoenalgunodeellosseproduceunasombra.

Protegerindividualmentecadapanelde posiblesdaosocasionadosporsombrparcialesqueseproduzcanporcircunstanciasespeciales.

Laconexindepanelesenserieaumentarlatensinnaldelainstalacin,ylaintensidadserigual para todos los mdulos.Silosmdulossondiferentes, laintensidad la fjar aquel cuyovalor sea menor.

Importante

Agrupamiento de paneles solares

Enelmontajedeunainstalacinfotovoltaica,sevanautilizarpanelessolarescuyascarac-tersticassedanaladerecha:

Lapotenciatotalqueseesperaconsumirenla instalacin es de 40 W, trabajando a12voltiosDC.Decidirqutipodepaneluti-lizar,cuntospanelessonnecesariosydequformahabraqueconectarlos.

Caso prct ico 5

Solucin

Laprimeraconsideracinseraverdequformapodemosobtenerlapotenciatotal.Dadoqueconvienesiemprehaceragrupacionesdepanelesquetenganlasmismascaracters-ticaselctricas,queseaniguales,podramoscolocar:

8mdulosdelmodeloA-5.

4mdulosdelmodeloA-10.2mdulosdelmodeloA-20.

Entodoselloslatensinqueproporcionanestporencimadelos12voltiosnecesarios,ypodemosasociarlosenpa-raleloparaobtenerelvalordepotenciadeseado.

Ademsdelascaractersticaselctricas,habraqueteneren cuenta otras consideraciones, comoespacio disponi-ble,dimensionesdelosmdulos,costedelosmismos,etc.Podemosconcluirquesinoexisteningunarestriccincomolasqueacabamosdecomentar,laformamsfcilderea-

lizarlainstalacinseracondosmdulosdelmodeloA-20conectadosenparalelo.

8. Eligedeuncatlogodeunfabricantedepanelessolareslossiguienteselementos: Dospanelescuyatensindesalidasea12V,yquetengandistintaspotencias

mximas. Dospanelescuyatensinde salidasea24 V,y dedos potenciasmximas

distintas.

Act iv idades

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Tabla 1.2. Posibles clasifcaciode los tipos de reguladores, sediversos conceptos.

Fig. 1.18. Conexiones del regulador en una instalacin otovoltaica.

6. El regulador

Parauncorrectofuncionamientodelainstalacin,hayqueinstalarunsistemaderegu-lacindecargaenlauninentrelospanelessolaresylasbateras.Esteelementorecibeelnombredereguladorytienecomomisinevitarsituacionesdecargaysobredescar-gadelabatera,conelndealargarsuvidatil.

Elreguladortrabajaportantoenlasdoszonas.Enlaparterelacionadaconlacarga,sumisinesladegarantizarunacargasucientealacumuladoryevitarlassituacionesdesobrecarga,yenlapartededescargaseocupardeasegurarelsuministroelctricodiariosucienteyevitarladescargaexcesivadelabatera(Fig.1.18).


Mdulofotovoltaico.

Reguladordecarga.

Batera.

Inversor.

En todos los equipos ecionesenlosqueseestjando corriente continuahay que tener cuidadopolaridad. Estetipo de cte tiene polo positivo ynegativo, y una equivoenlaconexinpuedeproproblemasimportantes,coroturadeequipos,etc.

Ten cuidad

Tipo de reg

Segntecnologa del

interruptor

Relelectrnico.

Estadosl(MOSFET,

Segnestrategia dedesconexin

del consumo

PortensinPoralgorit

clculodeldecarga.

Porotrosadegestinenerga.

Segn posicindel interruptorde control degeneracin

Serie.Paralelo.

Dadoquelosmdulossolarestienenunatensinnominalmayorqueladelabatera,sinoexistierareguladorsepodranproducirsobrecargas.

Elmotivodequeestatensinnominaldelospanelesseaassedebefundamentalmenteadosrazones:

Atenuarposiblesdisminucionesdetensinporelaumentodelatemperatura.

Asegurarlacargacorrectadelabatera.ParaellolatensinVOCdelpaneldebersermayorquelatensinnominaldelabatera.

Eldimensionadodelainstalacinsolarserealizademaneraqueseasegureelsuminis -trodeenergaenlaspeorescondicionesdeluminosidaddelsol.Porellosetomancomoreferencialosvaloresdeirradiacineninvierno.Estopuedeprovocarqueenveranolaenergaaportadaporlosmdulossolaresseaenocasionescasieldobledelosclculosestimados,porloque,sinoseconectaelreguladorentrelospanelesylasbateras,elexcesodecorrientepodrallegarinclusoahacerhervirelelectrolitodelosacumulado-res,conelriesgoqueelloconlleva.

EnlaTabla1.2serecogenposiblesclasicacionesdelostiposdereguladores.

Losfabricantesnosproporcionarnlosvaloresdetrabajodelreguladorsobreunahojadecaractersticas.Enestashojasaparecern:

Caractersticas fsicas delregulador:peso, dimensiones,materialempleadoen suconstruccin,etc.

Caractersticaselctricas.

Normasdeseguridadquecumple.

Tambinhayqueconsiderarotrotipodeaspectos,comopuedensermedidasdesegu-ridad,etc.Elreguladordebeprotegertantolainstalacincomoalaspersonasquelomanejen,porloquedeberllevarsistemasqueproporcionenlasmedidasdeseguridadadecuadasparacadaunodeloscasos.Losfabricantesnosproporcionantambinestetipodeinformacin.

(+) (-)

3 V 6 V 12V 12V

+ + +

Panel solar

Regulador

Batera

Zona de descarga

o consumo,

con una luminaria

en su conexin

Zona de carga:conexin a los acumuladores

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20

Enloscatlogossenosindicaeltipoderegulacinquelleva(siesserieoparalelo),tipodebateraquepodemosconectaralasalidadelequipo,ascomotodaslasalamasqueproporcionaanteunmalfuncionamiento,ylasproteccionesquelleva.Comentodoslosequipos,sehacemencindelatemperaturaalaquevaatrabajarelaparatoylaposibleinuenciaquepuedatenerestasobreelcorrectofuncionamientodmismo(noes igualrealizarunainstalacinenunazonadefroextremoqueenunzonaclida).

Elesquemadeconexindelreguladorenunainstalacinserelsiguiente:

El regulador lleva unasalida de consumo,capaz de alimentaraparatos dentro dela instalacin quefuncionen con corrientecontinua. Habrinstalaciones en las queincluso todos los equipoestn conectadosde esta forma (talescomo pequeasinstalaciones para el

abastecimiento deequipos de sealizacincomunicaciones, etc.)

Fig. 1.19. Esquema de conexin del regulador en la instalacin.

Anlisis de la hoja de caractersticas de un regulador (Fabricante: Ecoesera Solener)

Caso prct ico 6

Algunas de las caractersticas

fsicas del modelo elegidoy normas de seguridad quecumple (en este caso IP 32)

Intensidad mxima engeneracin: ser la recibidadesde los mdulos solares

Intensidad mxima de consumo:intensidad a proporcionar a la partede la instalacin donde se van aconectar los equipos del usuario

Tensin nominal: es la tensinde trabajo de la instalacin, y secorresponde con la tensin nominalde las bateras. En el ejemplo sepuede configurar para que trabaje a12 o 24 voltios

Sobrecarga: porcentaje sobreel valor nominal que aguanta elregulador sin romperse

Autoconsumo: cantidad de energa que necesita elregulador para su propio funcionamiento. En el ejemplo vienedado en valores de intensidad (< 30 mA). Hay que tener encuenta que este valor se debe considerar a la hora de hacerel dimensionado de la instalacin, para que funcione demanera correcta

Prdida mxima generacin/consumo: es un valorrelacionado con las cadas de tensin internas. Es importanteporque puede llegar a modificar las tensiones de trabajo yproduce prdidas de energa

Caractersticas del reguladormodelo DSD 50

9.Enunainstalacinaut-noma,quetrabajaa12V,queremos instalar unasbombillas de corriente

continua cuyo consumototalesde50W.Consul-taenInternetuncatlogodecomponentesparains-talacionessolaresyeligeun regulador adecuadopara la instalacin (notengasencuentalasca-ractersticasparalacar-gadelabatera).

Act ividades

(+)(-)

3V 6V 12V 12V

+

Panel solar

12 Vcc

220 V

Inversor

Regulador

Batera

+ + +La conexinindicada con eldibujo de unabatera es la querealiza la cargadel acumulador.A esa conexinno se puedeenchufar ningn

otro aparato dela instalacin

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7. Acumuladores. Tipos de bateras

Lallegadadela energasolaralosmdulosfotovoltaicosnoseproducedemanerauniforme,sinoquepresentavariacionespordiferentesmotivos.Algunasdeestasvaria-cionessonpredecibles,comoladuracindelanocheolasestacionesdelao,peroexistenotrasmuchascausasquepuedenproduciralteracionesdemaneraaleatoriaen

laenergarecibida,comopuedeocurrirconunaumentodelanubosidadenundeter-minadoinstante.

Estehechohacenecesarioutilizaralgnsistemadealmacenamientodeenergaparaaquellosmomentosenquelaradiacinrecibidasobreelgeneradorfotovoltaiconoseacapazdehacerquelainstalacinfuncioneenlosvaloresdiseados.Paraelloseutili-zarnlasbateras oacumuladores.

Lasbaterassondispositivoscapacesdetransformarlaenergaqumicaenelctrica.Elfuncionamientoenunainstalacinfotovoltaicaserelsiguiente:

Energaelctrica(generacin)

Energaqumica

(almacenamiento)

Energaelctrica(consumo)

Lasbaterassonrecargadasdesdelaelectricidadproducidaporlospanelessolares,a

travsdeunreguladordecarga,ypuedenentregarsuenergaalasalidadelainsta-lacin,dondeserconsumida.

Tressonlasmisionesquetienenlasbaterasenlasinstalacionesfotovoltaicas:

Almacenarenergaduranteundeterminadonmerodedas.

Proporcionarunapotenciainstantneaelevada.

Fijarlatensindetrabajodelainstalacin.

Unodelosparmetrosmsimportantesquetenerencuentaalahoradeelegirunacu -muladoreslacapacidad.Sedenecomolacantidaddeelectricidadquepuedelograr -seenunadescargacompletadelacumuladorpartiendodeunestadodecargatotaldelmismo.Semideenamperioshora(Ah),ysecalculacomoelproductodelaintensidaddedescargadelacumuladorduranteeltiempoenelqueestactuando:C=t I.


Mdulofotovoltaico.

Reguladordecarga.

Batera.

Inversor.

Ademsdelacapacidad,debemosconsiderarotrosparmetrosenlosacumuladoresquevamosautilizarenlasinstalacionesfotovoltaicas:

Efciencia de carga: relacinentrelaenergaempleadapararecargarlabateraylaenergarealmentealmacenada.Interesaque seaunvalorlomsaltoposible(prximoal100%,loqueindicaraquetodalaenergautilizadaparalarecargaesfactibledeserempleadaenlasalidadelainstalacin).Silaecienciaesbaja,sernecesarioaumentarelnmerodepanelessolaresparaobtenerlosresultadosdeseados.

Clculo del tiempo de descarga de una batera solar

Enunainstalacinfotovoltaica,cuyatensindetrabajoesde12voltios,seestutilizandounacumuladorcuyacapa -cidadesde200Ah.Calculareltiempoquetardaendes-cargarsecuandoseconectaa lasalidaunaparatocuyapotenciaconsumidaesde120vatios.

Solucin

Loprimeroquetenemosquecalculareslaintensidadquevaacircularporlainstalacincuandoestconectadoel

aparato.Siaplicamoslafrmuladelclculodelapoparaobtenerlaintensidad:

P=V II=P

V=

120

12=10A

Segnladenicindadadecapacidad,lacorriendescarga ser, por tanto, de 10 amperios. DudC=200Ah,eltiempoenhorasquetardarendegarseelacumuladorser:

t=C

I=

200

10=20horas

Caso prct ico 7

10. Elige la capacidaacumuladorqueneramosenunainstafotovoltaica cuyomoesde400Wd30 horas seguidatensindetrabajodtemaesde24voltio

Act iv idade

Cuando se dimensiona utalacin, los paneles solabentenersiempreunatenstrabajo superior a la jadlasbateras,paraqueelpdecargadelasmismasycionamiento del reguladocorrectos.

Ten cuidad

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22

Interpretacin de la curva de proundidad de descarga de una batera

Paralasbaterasquequeremoscolocarenunainstalacinsolarhemosobtenidodelcatlogodelfabricantelasiguientegrca:

Si queremos que la batera funcionecon unaprofundidad de descargadeaproximadamenteel50%,culseraelnmerodeciclosmximos(decarga

ydescarga)quepodramosobtenerconestabatera?Culseraelvalordelacapacidaddelamismaenesemomento?

Solucin

Fijndonosenlagrca,paraunaprofundidaddedescargadel50%,podemosteneraproximadamente450ciclosdecargaydescargadelabatera.

Elvalordelacapacidaddisminuirhastael60%delquenosdaelfabricantecomovalornominalparalabatera.

Caso prct ico 8

Autodescarga: procesomedianteelcualelacumulador,sinestarenuso,tiendedescargarse.

Proundidad de descarga: cantidaddeenerga,entantoporciento,queseobtiendelabateraduranteunadeterminadadescarga,partiendodelacumuladortotalmetecargado.Estrelacionadaconladuracinovidatildelacumulador.Silosciclodedescargassoncortos(entornoal20%,porejemplo),laduracindelacumulado

sermayorquesiselesometeadescargasprofundas(porejemplo,del80%).

Fig. 1.20

Ademsdelosparmetroselctricos,lascaractersticasqueserandeseablesparabaterasautilizarenlasinstalacionessolaresson:

Buenaresistenciaalciclado(procesodecarga-descarga).

Bajomantenimiento.

Buenfuncionamientoconcorrientespequeas.

Ampliareservadeelectrolito. Depsitoparamaterialesdesprendidos.

Vasostransparentes.

Existendiferentestecnologasenlafabricacindebateras,sibienunassonmsadcuadasqueotrasparautilizarlasenlasinstalacionessolares.

7.1. Tipos de bateras

Lasbaterasseclasicanenfuncindelatecnologadefabricacinydeloselectrolitoutilizados.EnlaTabla1.3podemoscompararlosprincipalestiposdebaterasquehaenelmercado,atravsdesuscaractersticasbsicas.

Tipo de batera Tensin por vaso (V) Tiempo de recarga Autodescarga por mes N. de ciclos Capacidad (por tamao) Precio

Plomo-cido 2 8-16horas

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Lasbaterasmsutilizadasenlasinstalacionessolaressonlasdeplomo-cido,porlascaractersticasquepresentan.Dentrodeestetipodebaterasnospodemosencontrardiferentesmodelos.Vamosacompararlosyanalizarculeselmsadecuado.

Lasiguientetablanosmuestradiferentesmodelosdebaterasdeplomo-cidoqueseutilizanenlaprctica(dependiendodelaaplicacindelainstalacin),conlasventajaseinconvenientesquepuedenpresentar.

TIPO VENTAJAS INCONVENIENTES ASPECTO

Tubularestacionaria

Cicladoprofundo.

Tiemposdevidalargos.

Reservadesedimentos.

Precioelevado.

Disponibilidadescasaendeterminadoslugares.

Arranque(SLI, automvil)

Precio.

Disponibilidad.

Malfuncionamientoantecicladoprofundoybajascorrientes.

Tiempodevidacorto.

Escasareservadeelectrolito.

Solar

FabricacinsimilaraSLI.

Ampliareservadeelectrolito.

Buenfuncionamientoencicladosmedios.

Tiemposdevidamedios.

Norecomendadaparacicladosprofundosyprolongados.

Gel

Escasomantenimiento. Deteriororpidoencondicionesdefuncio-namientoextremasdeV-I.

Tabla 1.4. Bateras utilizadas en instalaciones solares.

Enaquellasinstalacionesenlasquevamosatener descargas proundas,elegiremosbaterastubularesestacionarias,ascomoenlasinstalacionesenlasquenecesite -mosunacapacidadelevada.Eselcasoquesedaenlasinstalacionesautnomasdeviviendas.

Silainstalacinsolaresdepequeadimensin,odemuydifcilmantenimiento,debe-remoselegirbaterasdegel,vigilandoquenoseproduzcanciclosdedescargaspro -fundos.Unejemplopuedeserunainstalacinsolarquealimentaunpequeorepetidorenloaltodeunmonte.

Alahoradeelegirlosacumuladores,esimportantetenerencuentaelefectodelatem -peraturasobrelosmismos.Lacapacidadaumentaamedidaquesubelatemperatura,

yalrevs,disminuyecuandobajalatemperaturadellugardondeseencuentraubica-

do.Siprevemoslaposibilidaddequeexistantemperaturaspordebajode0Cenellugardelainstalacin,deberemoselegirunacumuladordecapacidadmayorquelacalculadaeneldimensionadodelainstalacin,conelndequenohayaproblemasensufuncionamiento.

Laconstruccindelacumuladorserealizaconectandovasosindividualeshastaobtenerlascondicionesdetensinycapacidadrequeridasenlainstalacinqueestamosreali-zando,enelcasodelautilizacindebaterastubularesestacionarias.Enlasbaterasmonoblock,deberemoselegiraquellaqueseaacordeconlatensindetrabajodelainstalacinylapotenciaquesevaaconsumirenlamisma.

Teniendo presente el codeproundidad de descauna batera, a las desmuyacusadasselesllamcargas proundas,yalaras,descargas superfciale

Vocabular i

11. Consultandouncadebaterastubulatacionarias,congacumuladorparausindetrabajodetios,yquetengaupacidadde200Ah

Act iv idade

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24

(+)(-)

3V 6V 12V 12V

+ + +

Regulador

BaterasInversor

ClulaPanel

Generador

Generador

Inversor

CargaAC

Contadores deproduccin y consumo

Red elctrica

8. El inversor

Elinversorseencargadeconvertirlacorrientecontinuadelainstalacinencorrienalterna,igualalautilizadaenlaredelctrica:220Vdevalorecazyunafrecuencde50Hz.

Esunelementoimprescindibleenlasinstalacionesconectadasared,yestarpresenenlamayoradeinstalacionesautnomas,sobretodoenaquellasdestinadasalaelectricacindeviviendas.

UnesquemadeestetipodeinstalacioneseselrepresentadoenlaFig.1.21.

Fig. 1.21. Esquema general de una instalacin autnoma con inversor.

Enelcasodeunainstalacinconectadaared,elesquemaqueseseguiraeselrepsentadoenlaFig.1.22.

Fig. 1.22. Instalacin otovoltaica conectada a la red.

Comovemos,laprincipaldiferenciaentrelasdosinstalacionesesqueenlasautnomsecuentaconlosacumuladoresparaalmacenarlaenergaylosreguladoresdecargadlosmismos,mientrasqueenlasinstalacionesconectadasalared,laenerganosealmcena,sinoqueseponeadisposicindelosusuariosatravsdelaredelctricasegnproduce.Enestetipodeinstalacionesexistirnequiposdemedida,tantodelaenergquesevendealaredelctricacomodelpropioconsumodelainstalacinproductora


Mdulofotovoltaico.

Reguladordecarga.

Batera.

Inversor.

Lamisin del inversorenlasinstalaciones autnomas esproporcionar una corrientealterna como la de la redelctrica, con el n de quese puedan conectar a lamisma electrodomsticos de

los utilizados habitualmenteenlasviviendas.Enestecaso,las variaciones que puedasufrirlacorrientenotienenlaimportancia que en el casodelosinversoresdelasinsta-lacionesconectadasalared.

En el caso de las instala-ciones conectadas a red, elinversor debe proporcionarunacorrientealternaqueseade las mismas caractersti-cas de la red elctricaalaque est conectado, tanto

enforma(senoidal)comoenvalorecaz(230V)ysobretodoenlafrecuencia(50Hz);nosepermitenprcticamentevariaciones, con el n deevitarperturbacionessobrelaredelctricadedistribucin.

Importante

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(+)(-)

12 V

1,5 - 4 mm2

Mximo total 16 A

+

+

Control remoto

LascaractersticasdeseablesparauninversorDC-AClaspodemosresumirdelasiguien-temanera:

Alta efciencia:debefuncionarbienparaunampliorangodepotencias.

Bajo consumo en vaco,esdecir,cuandonohaycargasconectadas.

Alta fabilidad: resistenciaalospicosdearranque.

Proteccin contra cortocircuitos. Seguridad.

Buena regulacin de la tensin y recuencia de salida,quecomoyahemoscomenta-dodebesercompatibleconlaredelctrica.

Algunosinversoresfuncionantambincomoreguladoresdecargadelasbateras.Enestecasonoseranecesarioincluirelreguladorenlainstalacin.UnejemplodeunaconexindeestetipolovemosenlaFig.1.23.

Fig. 1.23. Conexin de un inversor-regulador en una instalacin autnoma a 12 voltios. Adems deconvertir DC en AC, puede cargar las bateras del sistema.

Podemosobservarelcableado,yloscoloresestndaresutilizadosenlasconexiones.As,enlapartedecontinua,paraelpolopositivoutilizaremoscabledecolorrojo,yparaelnegativo,cabledecolornegro.Enlapartedealterna,tendremostresconduc-tores:

Eldecoloramarillo-verdeparalaconexinatierra.

Eldecolorazulparaelneutrodelainstalacin.

Eldecolormarrnparalafase.

EnelCasoPrctico9,sobrelatabladedatosdeunmodelocomercial,vamosaanali-zarquparmetrosdebemostenerencuentaalahoradeseleccionaruninversorparanuestrainstalacin.

Seccin de los condDepende de la corrieque vaya a circular ade ellos. Es uno de loparmetros importanhora de realizar la in

Paneles conectados eparalelo

Salida de corrientealterna 220 V 50 Hz

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26

Anlisis de una hoja de caractersticas de un inversor

Caso prct ico 9

Rendimiento mximo: importante, porque nos indicar lapotencia real entregada por el conversor, que siempre esmenor que la potencia nominal del mismo. Es un factor a teneren cuenta cuando hagamos el dimensionado de la instalacin

Potencia en vaco, cuando no hay carga conectada

Tensin de entrada:debe coincidir con latensin nominal delas bateras

Corrienteen reposo

Frecuencia de la seal: debe coincidircon la de la red elctrica y ser muyestable (en este ejemplo solamentetiene variaciones de un 0,01 %)

Forma de la onda: en este caso se tratade una onda senoidal de 230 V de valoreficaz, y que puede tener una variacindel 3 %

Distorsin: indica la posible degradacinde la onda. Es menor de un 2 % trabajandoa la potencia nominal

Como hemos visto en el ejemplo, el fabricante nos da la descripcin del tipo dondaquegeneraelequipo.Lo normalesutilizarinversoresquedena lasalidauondasenoidal,comoenestecaso,aunqueloshaytambindeondacuadrada.Esto

ltimosnopuedenserutilizadosenlasinstalacionesconectadasared.

Elfabricantedelinversornosdatambininformacinsobrelaposiblevariacinqpuedetener lafrecuenciade salida (en elcasodel ejemplo,nos indica que esd0,01%sobreelvalornominal).

Enlosinversoresdeinstalacionesautnomasestefactorpuedenoserdemasiadoimpotante,peroenlosinversoresdeinstalacionesconectadasalaredesunparmetroqdebetenersemuyencuenta;existeunanormativaalrespectoquejaculeselvalmximopermitidodeestaposiblevariacin,enespeciallosvaloresindicadosenpliegodecondicionestcnicasparainstalacionesconectadasared,delIDAE.

Lavariacin de frecuencia en elinversor de la instalacin puedeproducir armnicos (ondas cuyafrecuenciaesmltiplode50Hz).Estosarmnicos,dependiendodelvalorquetengan,puedenafectargravemente a la seal, distorsio-nndolaycambiandosusvalores.Poresolosmrgenesdevariacinenestetipodeequipostienenquesermuypequeos.

Importante

Lascaractersticasdelasalidadelinversorestnreferidasalacorrientealterna.

Algunosdelosvaloresmsimportantesqueelfabricantenosindicarson:

Esteinversorseraadecuadoparaunainstalacinautnoma.

Potencia nominal:es la potenciaque es capaz deentregar el inversor ala instalacin. Siempreser mayor que la quehayamos calculadocomo consumo delos equipos que van afuncionar en alterna

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8.1. Inversores en instalaciones conectadas a red

Comocomentbamosantes,esteequipoelectrnicoeselelementocentraldeunainsta -lacinfotovoltaicaconectadaalaredelctrica.Ademsderealizarlaconversindecontinuaaalterna,elinversordebesincronizarlaondaelctricageneradaconladelacorrienteelctricadelared,paraquesucompatibilidadseatotal.Elinversordisponedefuncionesdeproteccin,paragarantizartantolacalidaddelaelectricidadvertidaalaredcomolaseguridaddelapropiainstalacinydelaspersonas.

Losparmetrosquedeterminanlascaractersticasyprestacionesdeuninversorsonlossiguientes:

Potencia:determinarlapotenciamximaquepodrsuministraralaredelctricaencondicionesptimas.Lagamadepotenciasenelmercadoesenorme;sinembargo,paralossistemasdomsticosexistendesde50W(miniinversorsituadoencadapla-ca)o400W(parapequeoscamposfotovoltaicos)hastapotenciasdevarioskilova -tios.Muchosmodelosestnpensadosparapoderlos conectar en paralelo,andepermitir el crecimiento de la potenciatotaldelainstalacin.

Fases:normalmente,losinversorescuyapotenciaesinferiora5kWsonmonofsicos.Losmayoresde15kWsuelensertrifsicos.Muchosmodelosmonofsicospuedenacoplarseentresparagenerarcorrientetrifsica.

Rendimiento energtico: deberaseraltoentodalagamadepotenciasalasquesetrabajar.Losmodelosactualmenteenelmercadotienenunrendimientomediositua -doentornoal90%.Elrendimientodelinversoresmayorcuantomsprximosesta -mosasupotencianominaly,conelndeoptimizarelbalanceenergtico,esprimor-dialhacercoincidirlapotenciapicodelcampofotovoltaicoylapotencianominaldelinversor.Siqueremostenerunfuncionamientoptimodelainstalacin,lapotenciadepicodelcampofotovoltaiconuncadebesermenorquelapotencianominaldelinversor.

Protecciones: el inversor debera incorporar algunasprotecciones generales, que,comomnimo,seranlassiguientes:

Interruptor automtico:dispositivodecorteautomtico,sobreelcualactuarnlosrelsdemnimaymximatensinquecontrolarnlafasedelareddedistribucin

sobrelaqueestconectadoelinversor.Elrearmedelsistemadeconmutaciny,portanto,delaconexinconlareddebajatensindelainstalacinfotovoltaica,sertambinautomticounavezrestablecidoelservicionormalenlared.

Funcionamiento en isla:elinversordebecontarconundispositivoparaevitarlaposibilidaddefuncionamientocuandohafalladoelsuministroelctricoosuten -sinhadescendidopordebajodeundeterminadoumbral.

Limitador de la tensin mxima y mnima.

Limitador de la recuencia mxima y mnima. Elmargenindicadoseradel2%.

Proteccin contra contactos directos.

Proteccin contra sobrecarga.

Proteccin contra cortocircuito.

Bajos niveles de emisin e inmunidad de armnicos.

Esdeseablequeelestadodefuncionamientodelinversorquedereejadoenindicado-resluminososoenunapantalla(funcionamientoanmalooaveras,detencindepro-duccinporaveraenlared,etc.).Tambinseraconvenientequeelinversorofrecieralaposibilidaddesermonitorizadodesdeunordenador.Sienlainstalacinseincluyendeterminadossensores,puedeaportardatosderadiacin,generacinsolar,energatransformadaacorrientealterna,eciencia,etc.

12.Definelossiguientminos:

a)Potencianominainversor.

b)Rendimiento delsor.

13. Buscadiferenciasqudehaberentreuninparaunainstalacinoma y para unacinconectadaare

Act iv idade

Consulta siempre el maninstalacincuandovayasatarunequipo.Enlelfabespecica modos de coajustes,etc.,paraqueelfnamientoseaelcorrecto.

Esimprescindibleseguirpasolaspautasmarcadasmanual.

Ten cuidad

Alahoradelconexionainversor con el resto detalacin, habr que utilizsecciones de conductorecuadas en funcin de laqueestemosconectando.

No tendrn las mismasnesloscablesdeconexilos paneles que las conedemonitorizacindelequ

Important

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28

Sntesis

Sistemasdeproduccindeenerga

Clasicacindelossistemasfotovoltaicos

Instalacionesautnomas

Instalacionesconectadasared

Elementosdeunainstalacinsolar

fotovoltaica

Panelsolar

Regulador

Acumuladores(bateras)

Inversor

Energasolarfotovoltaica

Trmicas

Hidrulica

Nuclear

Elica

Energasolartrmica

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Test de repaso

Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica 1

1.Laenergasolarfotovoltaicaproducelaelectricidad:

a) Medianteelmovimientodeungenerador.

b) Directamente,alrecibirlaluzdelSol.c) Porelcalentamientodeunuido.

d) Medianteelmovimientodeunuido.

2.Lasinstalacionessolaresdeproduccindeelectricidadmediantelarecepcindelaluzsolarseclasicanen:

a) Autnomasyconectadasared.

b) Directaseindirectas.

c) Directasyautnomas.

d) Conectadasaredeindirectas.

3.Unodeloselementosquediferencianlasinstalaciones

solaresfotovoltaicasautnomasdelasconectadasaredes:

a) Elinversor.

b) Lospanelessolares.

c) Elregulador.

d) Elgeneradorfotovoltaico.

4.Siunaclulafotovoltaicaescapazdeproducirunatensinde0,6V,qutensinpodremosmedirenlosextremosde10clulasigualesconectadasenserie?

a) 10V.

b) 4V.c) 0,6V.

d) 6V.

5.Siunpanelsolarproporcionaunaintensidadde10Ayse conectaenserie conotropanel cuyaintensidadesde25A,culserlaintensidadtotal?

a) 10A.

b) 25A.

c) 35A.

d) 5A.

6.Lamisindelreguladorenunainstalacinfotovoltaicasinconexinaredes:a) Proporcionar una tensin alterna a los aparatos

conectadosalainstalacin.

b) Cargar las bateras del acumulador de la insta-lacin.

c) Regularlospanelessolares.

d) Noexisteesteelemento.

7.Elelementoconelquesefabricanlasclulassolara) Germanio.

b) Aluminio.c) Silicio.

d) Boro.

8.Lamisinquetienenlasbaterasenunainstalfotovoltaicaes:

a) Almacenarenergaduranteundeterminadorodedas.

b) Proporcionarunapotenciainstantneaeleva

c) Fijarlatensindetrabajodelainstalacin.

d) Todaslasrespuestassoncorrectas.

9.Enlasinstalacionesfotovoltaicasparaviviendassbenelegir:

a) Baterasestacionarias.

b) Baterasdeautomocin.

c) Baterasdegel.

d) Baterasdelitio.

10.LosinversoresdelasinstalacionesconectadasenEspaatienenqueproporcionar:

a) Unaondasenoidalde230Vdevalorecazydefrecuencia.

b) Unaondasenoidalde230Vdevalorecazydefrecuencia.

c) Unaondacuadradade230V devalore50Hzdefrecuencia.

d) Noimportaeltipodeondaqueproporcione

11. Lasinstalacionesfotovoltaicasconectadasardividenen

a) Huertossolaresyediciosfotovoltaicos.

b) Instalacionesparatelecomunicaciones.

c) Instalacionesautnomasyconectadas.

d) Instalacionesmonofsicasytrifsicas.

12. Uninversorde20kWdepotencianominalser

a) Monofsico.

b) Bifsico.

c) Trifsico.

d) Nosepodrcolocarenunainstalacin.

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Comprueba tu aprendizaje

Clasifcar las instalaciones otovoltaicas

1.Elaumentodeinstalacionesfotovoltaicasenloslti-mosaoshasidomuyconsiderable.Conlovistoalo

largodelaunidad,justicaelporqudeestecreci-mientoenestetipodeinstalaciones.

2.ApartirdelaclasicacinvistaenelApartado2delaunidad,sobrelasinstalacionessolares,buscadosejemplosrealesdecadaunodelostiposdeaplicacio-nescomentados.

3.Explicaquesunediciofotovoltaico,ysusprincipa-lescaractersticas.

4.Realizaunesquemadeloselementosquecomponenunainstalacinsolarfotovoltaicaautnoma,ydescri-be brevemente cul es la misin de cada uno deellos.

Identifcar los parmetros de los paneles solares

5.Queselefectofotovoltaico?

6. Qumaterialesseutilizanenlaconstruccindelasclulassolares?Qucaractersticastienen,desdeelpuntodevistaelctrico?

7.Sedeseaconstruirunpanelsolarparaunainstalacinde 12 V de tensin nominal, y una potencia de180Wapartirdeclulassolares,cuyascaractersti-cassonlassiguientes:

VOC=0,6V

ISC=3A

Dimensiones:12312cm

Sepide:

a) Calcular el nmero de clulas necesarias paracomponerelpanelsolar.

b) Explicarcmohandeserconectadas.

c) Qudimensionestendraelpanel?

8.Latensinencircuitoabiertodeunpanelsolar,facili-tadaporelfabricante,esde19V.

Estamedidaseharealizadoencondicionesestnda-resdefuncionamiento(conunatemperaturaambientede25C).

Segnlosdatosfacilitadosporelfabricantedelpanel,ensuhojadecaractersticas, Voctieneuncoecientedetemperaturade126mV/C.Culserlaten-sinencircuitoabiertodelpanelsisevaautilizarenunainstalacinenlaquelatemperaturadetrabajoes

9. Paraaumentarlacapacidaddeungeneradorfotovol-taicose procedea realizarasociacionesdepanelessolaresconelndeobtenerlosvaloresrequeridosenlainstalacin.Explicacmohandeconectarseenlossiguientescasos:

a) Sisedeseaaumentarlatensindesalidadelge-neradorfotovoltaico.

b) Sise deseaaumentar lapotencia desalida delgenerador.

Describir el uncionamiento de las bateras

10. Lahojadecaractersticasdeunelectrodomsticodecorrientecontinuanosproporcionalossiguientesdatos:

Tensinnominal:12V

Consumo:480WElaparatovaaserconectadoaunabateracuyacapa-cidadesde400Ah.Cuntashoraspodrestarco-nectadoantesdequelabaterapierdatodasucarga?

11.Eligeunaconguracinparaunabateradeunsiste-masolar,cuyacapacidaddebeserde362Ah,conunatensindetrabajode12voltios,apartirdelosmodelosdadosacontinuacin.

Fig. 1.24. Bateras de GEL. Vasos de 2 V.

Describir el uncionamiento del regulador

12. Explicaculeslamisindelreguladorenunainstala-cinfotovoltaicaautnoma.

Describir el uncionamiento del inversor

13. Enumeralasprincipalescaractersticasdelosinverso-res,tantoenlasinstalacionesautnomascomoenlasinstalacionesconectadasared.Detodasellas,cu-lesseranlasmsimportantesaconsiderarenlosin-

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