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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL ESPOL
PROFESOR: ING. MSC. DOUGLAS AGUIRRE H.
“ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA”
2009
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INTRODUCCIÓN
¿QUE ES LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA?
Se denomina energía solar fotovoltaica a una forma de obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos.
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INTRODUCCIÓN
¿QUE ES LA ENERGÍA ELÉCTRICA?
Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos
se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el movimiento de cargas eléctricas negativas, o electrones, a través de un cable conductor metálico
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INTRODUCCIÓN
ENERGÍA ELÉCTRICA
Existen dos tipos de corriente eléctrica:
1.- Corriente Continua
2.- Corriente Alterna
Corriente Continua.-al flujo de cargas eléctricas que no cambia de sentido con el tiempo
Corriente Alterna.- a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente
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UNIDADES
Voltio (V, unidad de potencial eléctrico y fuerza electromotriz, “V”)
El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio utiliza un vatio de potencia:
Ohmio (Ω, unidad de resistencia eléctrica “R”)
Un ohmio es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 voltio aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad 1 amperio, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor:
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UNIDADES
Corriente (A, “I” )
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material:
I = C/s (columbios sobre segundos)
Potencia Eléctrica (W, “P”)
Se define como la cantidad de trabajo por unidad de tiempo realizado por una corriente eléctrica:
P = V*I en Corriente Directa o Continua
P = V*I*cosθ en Corriente Alterna
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SIMBOLOGÍA
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EFECTO FOTOVOLTAICO
Proceso mediante el cual se convierte luz solar en electricidad.
“Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos”.
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SISTEMA FOTOVOLTAICO
Paneles.- Están formados por células elaboradas a base de silicio puro con adición de impurezas de ciertos elementos químicos, siendo capaces de generar cada una de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V.
Elementos:
Generador.- Conjunto de paneles o celdas.
Acumulador.- Almacena la energía.
Regulador de Cargas.- Protege el sistema ante sobrecargas o descargas electricas.
Inversor.- Convertidor de corriente continua en alterna.
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MEDIO AMBIENTALES
• No contamina: No produce emisiones de CO2 ni de otros gases contaminantes a la atmósfera.
• No consume combustibles.
• No genera residuos
• No produce ruidos
• Es inagotable
VENTAJAS
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VENTAJAS
SOCIO-ECONÓMICAS
• Su instalación es simple• Requiere poco mantenimiento• Tienen una vida larga (20 años)• Resiste condiciones climáticas extremas: granizo, viento, temperatura,
humedad.• No existe una dependencia de los países productores de combustibles.• Instalación en zonas rurales → desarrollo tecnologías propias.• Se utiliza en lugar de bajo consumo y en casas ubicadas en parajes
rurales donde no llega la red eléctrica general• Venta de excedentes de electricidad a una compañía eléctrica.• Tolera aumentar la potencia mediante la incorporación de nuevos
módulos fotovoltaicos.
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DESVENTAJAS
Su elevado coste (El kWp instalado cuesta alrededor de 7,000 - 10,000 USD)
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CELULA FOTOVOLTAICA
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APLICACIONES
Electrificación de viviendas ruralesSuministro de agua a poblacionesBombeo de agua / riegosNaves ganaderasPastores eléctricosTelecomunicaciones: repetidores de señal, telefonía móvil y ruralTratamiento de aguas: desalinización, cloraciónSeñalizaciones (marítima, ferroviaria, terrestre y aérea) y alumbrado públicoConexión a la redProtección catódicaSistemas de telecontrol vía satélite, detección de incendios
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CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO
1.- Selección del sitio
2.- Identificar el uso: vivienda, conectada a la red, bombeo etc…
3.- Calcular el consumo eléctrico.
4.- Definir las horas de autonomía
5-. Obtener los datos de radiación dependiendo de la inclinación, azimut, y sombras.
6.- Seleccionar el panel a utilizar dependiendo de su rendimiento, tamaño, potencia y precio.
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Numero máximo de módulos por ramalEl valor máximo de la tensión de entrada al inversor corresponde a la tensión de
circuito abierto del generador fotovoltaico cuando la temperatura del módulo es minima; a una irradiancia minima de 100 W/m2.
DIMENSIONAMIENTO CONECTADA A LA RED
IT
TaTp ONC *800
20⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −+=
Donde:Tp : Temperatura del módulo [oC]Ta : Temperatura ambiente [0º C]TONC : Temperatura nominal de funcionamiento de la célula [49º C] I : Irradiancia [100 W/m2]
VCA(STC) : Voltaje en circuito abierto del módulo [V] ???ΔV : Variación del voltaje [V/oC]
Vmax : Valor de Voltaje máxima de entrada en el inversorVCA : Valor del voltaje en circuito abierto a la temperatura minima
Se redondea a la baja el Nmax
[ ]VTCVV pSTCCATCA Δ+°−= *)25()(min)(
min)(
)max(max
TCA
inv
VV
N =
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DIMENSIONAMIENTO CONECTADA A LA RED
Numero mínimo de módulos por ramalEl número mínimo de módulos por ramal viene limitado por la tensión minima
de entrada al inversor y la tensión en el punto de máxima potencia del módulo a una temperatura de 85º C.
Donde:VPMP(STC) : Voltaje de máxima potencia del móduloΔV : Variación del Voltaje [V/oC] VPMP(inv) : Voltaje mínimo de seguimiento del punto de máxima potenciaVPMP(Tmax) : Voltaje de máxima potencia a la temperatura máxima del
módulo
[ ]VCTVV STCPMPTPMP Δ°−+= *)25( max)(max)( max)(
)(min
TPMP
invPMP
VV
N =
[Valor inmediato inferior]
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Numero de ramales en paraleloEl número de ramales en paralelo debe cumplir que la corriente de
cortocircuito máxima de un ramal por el número de ramales conectados en paralelo sea menor que la corriente máxima admisible de entrada al inversor.
DondeImax(inv) : Intensidad máxima de entrada al inversor
ICC(ramal) : intensidad de cortocircuito de cada ramal
)(
)max(
ramalCC
invramales I
IN = [Valor inmediato inferior]
DIMENSIONAMIENTO CONECTADA A LA RED
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∑∑∑∑Total
N*AuLugar 3
N*AuLugar 2
N*AuLugar 1
Potencia Pico (kWp)
ÁreaUtilizada
(m2)
ÁreaDisponible
(m2)
Numero de Paneles Sitios
DIMENSIONAMIENTO CONECTADA A LA RED
Lugar 3
Lugar 2
Lugar 1
Inclinación con respecto a la
Horizontal(β)
[grados]
Azimut con respecto al Sur
(γ)[grados]
Sitios
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Pérdidas (%)
3.323.513.683.843.984.104.214.294.364.414.434.44HSP
3.323.513.683.843.984.104.214.294.364.414.434.44Promedio
2.442.662.883.113.323.533.733.914.074.224.364.47Diciembre
2.622.833.053.273.473.663.844.014.164.294.404.49Noviembre
2.762.943.123.283.433.573.703.813.903.974.034.07Octubre
3.413.603.773.924.064.184.284.364.424.464.484.47Setiembre
3.663.813.944.064.154.234.284.314.324.314.274.22Agosto
3.673.793.893.974.034.074.094.094.074.023.963.88Julio
3.894.004.104.174.234.264.274.264.224.164.093.99Junio
4.264.404.534.634.714.764.794.794.774.724.654.55Mayo
4.124.314.484.634.764.874.955.005.035.035.014.96Abril
3.623.844.064.264.444.604.744.854.955.025.065.08Marzo
2.923.153.363.573.763.944.114.254.384.494.574.64Febrero
2.512.732.943.153.353.553.733.904.054.184.304.40Enero
5550454035302520151050β [Grados]
RADIACIÓN SOLAR DIARIA INCLINANDA [kWH/m2]
DIMENSIONAMIENTO CONECTADA A LA RED
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d (m)
d1 (m)
h (m)
605550454035302520151050β
βσ senh *=
)()cos(*
1 αα
senhd =
1)cos(* dd += βσ
DIMENSIONAMIENTO CONECTADA A LA RED
Angulo de altura minima en el añoα
Inclinación de módulosβ
Altura de estructurah
Distancia minima entre estructurasd
Distancia minima entre filasd
Ancho del módulo solarσ
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Total
Diciembre
Noviembre
Octubre
Setiembre
Agosto
Julio
Junio
Mayo
Abril
Marzo
Febrero
Enero
Radiación solar Mensual
(kWh/m2)
Numero de días por Mes
Radiación solar diaria Inclinada
(kWh/m2/d)
Sitio 1
DIMENSIONAMIENTO CONECTADA A LA RED
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DIMENSIONAMIENTO CONECTADA A LA RED
)(* refCPTemp TTPerd −= β800
)20(*)*832219( −++=
NOCTKTT t
aC
Índice de aclaramiento promedio anual [unidad]Kt
Coeficiente de Temperatura [´%/grados centígrados]βP
Temperatura de operación nominal del módulo [grados centígrados]
NOCT
Temperatura ambiente promedio del sitio [grados centígrados]Ta
Temperatura de Referencia del módulo solar [grados centígrados]
Tref
Temperatura del módulo solar [grados centígrados]TC
Perdidas promedio anuales por temperaturaPerdTem
p
25.780.41Promedio
26.40.45Diciembre
25.40.36Noviembre
24.90.40Octubre
24.80.57Setiembre
24.30.36Agosto
24.40.45Julio
25.20.39Junio
26.40.44Mayo
27.10.44Abril
27.10.32Marzo
26.70.44Febrero
26.70.35Enero
TaKt
Guayaquil
< 10%PerdTemp
46.22Tc
25º CTref
0.4%/oCβp
0.41Kt
49º CNOCT
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Perdidas por temperaturas, polvo, suciedad y Sombramiento
Se consideran alrededor del 2% de la Energía Fotovoltaica Ideal.
Perdidas en las líneas de Corriente Continua CC y AC
Se consideran por debajo del 3% de la Energía Disponible.
Pérdidas del Inversor
Basada en el rendimiento que es de alrededor del 95%
DIMENSIONAMIENTO CONECTADA A LA RED
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∑=12
1
* nMnA DHH
Días del Mes nDn
Numero del Mesn
Radiación Mensual en el mes nHMn
Radiación Solar Anual DisponibleHA
Eficiencia de Absorción del módulo solarηFot
Área NetaAN
Radiación Solar Anual DisponibleHA
Energía Anual DisponibleEAD
FotANAD HAE η**=
DIMENSIONAMIENTO CONECTADA A LA RED
inversor del orendimient o eficiencia : ACy DC corrientepor cable elen Perdidas : Perd
.... suciedadpor perdidas :PerdRed la a entregada Energía :
)1(*)1(**
inv
cable
suc
η
η
ER
cablesuciinvDAER
EPerdPerdEE −−=
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