Índice • Situación actual de la Energía fotovoltaica.

– Europa

– España

• Fundamentos de teoría atómica – Modelo de redes

– Modelo de bandas

• Teoría de Semiconductores – Semiconductores intrínsecos

– Semiconductores extrínsecos • Tipo P

• Tipo N

– La unión P-N

– Corriente de la unión P-N

• La célula fotovoltaica – Corriente de la célula

– Curva característica • Tensión e intensidad de corte y circuito abierto

• Influencia de la radiación

• Influencia de la temperatura

• Influencia del GAP

– Circuito equivalente

– Fabricación de una célula • Obtención del Silicio

• Conexionado en una célula

• El panel fotovoltaico – Conexión serie y paralelo

– Características de los paneles

– Colocación de paneles

• La instalación fotovoltaica – Elementos constitutivos

• Módulos

• Regulador

• Acumulador

• Inversor

• Dimensionamiento de una instalación fotovoltaica

Historia

• Descubierto por Bequerel (1839)

• R. Ohl construye la 1ª célula solar (1941). Eficiencia del 1%

• Lab. “Bell” desarrollan la 1ª célula monocristalina (1954)

• La “Western Electric” comercializa las células (1955)

“El vasto poder del sol se aprovecha por medio de una batería

usando ingredientes de arena” (26-4-55, New York Times)

• Primer satélite “Vanguard I”equipados con células solares (1958)

MODELO DE RED

MODELO DE BANDAS

Estructura energética de un átomo aislado Desdoblamiento de los niveles energéticos

V a r ia c ió n d e la e s tru c tu ra e le c tró n ic a c o n la

d is ta n c ia (C a rb o n o )

D is tr ib u c ió n d e e le c tro n e s e n la s b a n d a s

SEMICONDUCTOR N

SEMICONDUCTOR P

La unión P-N

Distribución de portadores en la unión

La unión p-n polarizada

)1e(Ii kT

qv

0

Obtención del Silicio

Arena

Reducción

Destilación

Líquido

Silicio puro 1-0.2 /millón

Cristalización

Monocristal

Policristal

Czochralski

Obtención de obleas

Silicio en cilindros

Corte en obleas

Limpieza y decapado de obleas

Texturización

Formación de la unión

Contactos eléctricos

Conexionado de células

Corriente de célula q V

k T

S 0i I - I ( e 1)

Corriente de célula

Célula de 100 cm2

Intensidad 3 A

Voltaje 0.5 V

Potencia 1 W

Panel de 12 voltios 24 células en serie

Panel de 24 voltios 48 células en serie

Potencia de una célula

1·· kT

qv

OSeIIvivP

q v

k T

0

m m m S mq v

Sk T

IP v ·i ·I ·(1 ) ·v

I1

Potencia máxima

Factor de forma

C0

mm

iv

ivFF

Rendimiento de una célula p o te n c ia su m in is tra d a v ·i

= p o te n c ia lu m in o sa in c id e n te

= Nf·Efm

Factores de influencia

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0

0 .0 0

0 .0 3

0 .0 6

0 .0 9

0 .1 2

0 .1 5

0 .1 8

0 .2 1

0 .2 4

inte

ns

ida

d (

A)

v o lta je (v )

1 0 0 0 W

5 0 0 W

Circuito equivalente

Ic

Ib

If

Vc Rc

E,Rb

Curvas de carga Ic = IF + Ib

Vc = E - IbRb

b

c

cb

cb

F

R

EV·

R·R

RRI

Ic a rg a

IF

V0

E

IC

Pm

Ic a rg a

IF

V0

E

IC

Pm

c

c

c

VI =

R

1

b c

1

b c

R + R=

R ·R

Conexión de paneles

Células en serie Células en paralelo

Paneles en serie Paneles en paralelo

Curvas de la conexión

Instalación fotovoltaica aislada

Instalación fotovoltaica a red

26

27

Evolución de la eficiencia por tecnologías

28

Acumuladores

Características de la batería-1

Capacidad Cantidad de carga eléctrica que puede almacenar

Coulombio = amperios · segundos (Ah) Influencia de

la descarga

Influencia de

Los ciclos

Características de la batería-2

Voltaje de salida 6, 12, 24 voltios

Tensión de carga

Tensión de descarga

Características de la batería-3

Profundidad de descarga Porcentaje de la capacidad que ha

sido extraída de la batería comparada

con la capacidad a plena carga

Vida media

de una batería

Regulador

Parte del sistema fotovoltaico que se encarga de

regular la tensión del panel

Funciones

1. Prevenir la sobrecarga de la batería

2. Prevenir la sobredescarga de la batería

3. Proporcionar funciones de control

4. Proporcionar información del sistema

Inversor Transforma la corriente continua en alterna

1. Onda cuadrada

2. Onda diente de sierra

3. Onda sinusoidal

-Voltaje/corriente I/O

-Tipo de onda

-Bajo consumo

-Poca distorsión

-Potencia de salida

-Regulación de frecuencia

Características de operación

Clases

Concentración

Dimensionamiento Equipo

Potencia (W)

Funcionamiento

(h/día)

Iluminación

100-200

4

Televisor

100-200

2

Vídeo

50

1

Equipo de

música

100

1

Ordenador

200

1

Lavadora

500

0.5

Frigorífico

70-150

4

Plancha

600-1200

0.25

Pequeños

electrodoméstico

50-200

0.25

1770-2800

14

Descripción del

equipo

Potencia

(W)

P

Núm

N

Horas/

día

H

Consumo

(Wh/d)

PxNxH

TOTAL

T

Margen de se seguridad en Captación Ms (15%)

Eficiencia del Inversor Ei (85%)

Consumo G=[(1+ Ms)·T]/Ei Wh/día

G=1.15·2000/0.85 ~ 2700 W·h/día

Consumo

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

2700

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

2.6

4.2

3.9

4.8

5.8

6.3

7.1

6.6

5.3

4.0

2.8

2.0

Ene

1050

Feb

643

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

1350

Consumo G (W·h/día)

Radiación disponible (kW·h/m2·día)

Potencia

Campo de captación

DIMENSIONAMIENTO DE CAMPO DE CAPTACIÓN

Potencia de captación del panel elegido (C) 85 Wp

Número de paneles (Np) 1.1·Pmax/C

Potencia a instalar C x Np

Np = 17

Potencia a instalar = 85 · 18 = 1530 Wp

18 Número de paneles

Acumulación

Días de autonomía (D) 6

Profundidad de descarga máxima (M) 70 %

Tensión de trabajo (T) 24 voltios

Capacidad de acumulación Q=(1.10·G·D)/(T·M)

Q = 1061 Ah

APLICACIONES

1. Aplicaciones aisladas

1.1. Telecomunicaciones. Estaciones de repetición.

Radioenlaces. Radioteléfonos.

1.2. Señalización. Balizas marítimas.

1.3. Detección. Alarmas.

1.4. Telemetría. Sensores de seismos.

2. Instalaciones comunitarias

2.1. Bombeo de agua. Suministros a pueblos

2.2. Televisión en zonas rurales

2.3. Iluminación

2.4. Granjas e instalaciones agropecuarias

2.5. Plantas de producción eléctrica con conexión a la red