04 Energia Solar Fotovoltaica

7/28/2019 04 Energia Solar Fotovoltaica

1/132


2/132

Energia solarotovoltaica

Collecci Quadern PrcticNmero 4


3/132


4/132


5/132


6/132

Energia solarotovoltaica

Collecci Quadern PrcticNmero 4


7/132

Generalitat de Catalunya

Institut Catal dEnergia

www.gencat.cat/icaen

1a edici: Barcelona, maig de 2011Contingut tcnic: Marta Tudel

i Guillem Masip. Institut Catal d'Energia.

Joan Francesc Roca. Intiam Ruai.

Disseny i maquetaci: Oxigen, comunicaci grfca

Aquesta obra est subjecte a una llicncia deReconeixement-No comercial-Sense obres de-rivades 3.0 de Creative Commons.

Biblioteca de Catalunya - Dades CIP

Tudel, Marta

Energia solar fotovoltaica

(Collecci Quadern prctic 4)

Bibliografa:I. Masip, Guillem

II. Roca, Joan Francesc

III. Institut Catal d'Energia

IV. Ttol

V. Collecci: Collecci Quadern prctic 4

1. Energia Solar Fotovoltaica

620.91

CC

BY NC ND


8/132


9/132


10/132

ndex

Presentaci 13

1. Marc normatiu 151.1. Reglamentaci aplicable 16 1.1.1. Qualicaci proessional 17

2. El sol com a recurs energtic 18

2.1. Radiaci solar incident en la supercie de latmosera 182.1.1. Constant solar 19

2.2. Radiaci solar incident en la supercie de la Terra 202.2.1. Localitzaci geogrca 212.2.2. Factor estacional 222.2.3. Factor climatolgic 222.2.4. Valor estndard de reerncia hora sol pic (hsp) 23

2.3. Avaluaci del recurs radiaci solar incident 242.3.1. Parmetres de la posici del Sol 252.3.2. Avaluaci de la radiaci incident 262.3.3. Taules de radiaci 26

2.3.4. Radiaci incident: hora sol pic (hsp) 29

3. Ubicaci i ancoratge dels panells solars 303.1. Ubicaci dels panells 30

3.1.1. La supercie disponible 303.1.2. Orientaci i inclinaci 30

3.2. Incidncia dombres 313.2.1. Ombres properes 323.2.2. Ombres llunyanes 333.2.3. Separaci entre leres de panells 35

3.3. Ancoratges dels captadors 37

3.3.1. Sistema dancoratge 373.3.2. Crrega estructural 393.3.3. Estructura de suport 40

3.3.4. Estructures mbils 413.3.5. Crregues de vent 43

4. El panell solar otovoltaic 454.1. Caracterstiques bsiques de les cllules otovoltaiques 45

4.1.1. Eecte otovoltaic 46 4.1.2. La cllula otovoltaica 48


11/132

4.1.3. Principi de uncionament de la cllula 49 4.1.4. Corba I-V 50 4.1.5. Corrent de curtcircuit (Icc) 51 4.1.6. Voltatge de circuit obert (Vco) 51 4.1.7. Punt de mxima potncia (pmp) 52 4.1.8. Variacions amb la radiaci incident 52

4.1.9. Variacions amb la temperatura de la cllula 53

4.2. Tipus de cllules 544.2.1. Sistemes de concentraci 55

4.3. Caracterstiques bsiques dels panells otovoltaics 56 4.3.1. Parts dun mdul otovoltaic 56 4.3.2. Caracterstiques bsiques dun mdul otovoltaic 57 4.3.3. Altres caracterstiques elctriques que cal ressaltar 59 4.3.4. Connexions de mduls 59 4.3.5. Connexions en srie de mduls FV 61 4.3.6. Connexions en parallel de mduls FV 61 4.3.7. Connexions mixtes de mduls FV 62

5. Elements de les installacions otovoltaiques 635.1. Components de les installacions otovoltaiques autnomes 635.1.1. Acumuladors denergia elctrica 645.1.2. Reguladors de crrega 705.1.3. Convertidors de CC/CA 74

5.2. Components de les installacions otovoltaiques de connexi a xarxa 765.2.1. Tensions de treball 775.2.2. Arquitectura dels inversors 775.2.3. Connectivitat elctrica 795.2.4. Equipaments dinterconnexi 815.2.5. Punt de connexi a la xarxa 81

6. Esquemes bsics de les installacions otovoltaiques 836.1. Esquemes bsics de les installacions otovoltaiques autnomes 83

6.1.1. Elements bsics (A) 846.1.2. Proteccions elctriques (B) 86

6.2. Esquemes bsics de les installacions otovoltaiques connectades a xarxa 906.2.1. Elements bsics (A) 916.2.2. Proteccions elctriques (B) 93


12/132

6.3. Esquemes bsics de les installacions otovoltaiques de bombament directe 966.3.1. Elements bsics (A) 97

6.3.2. Proteccions elctriques (B) 98

7. Dimensionament dinstallacions otovoltaiques autnomes 1007.1. Demanda energtica 1007.2. Necessitats a cobrir 101

7.3. Caracteritzaci dels consums 1037.4. Energia necessria 1037.5. Radiaci solar disponible 1047.6. Nombre de mduls otovoltaics necessaris en una installaci autnoma 1057.7. Capacitat de lacumulador 1077.8. Selecci del regulador de crrega 1097.9. Dimensionament del convertidor CC/CA 1097.10. Dimensionament del grup electrogen 111

8. Dimensionament dinstallacions otovoltaiques per a bombament d'aigua 1128.1. Caracteritzaci dels consums 112

8.2. Energia necessria per al bombament 1128.3. Dimensionament dequips solars per al bombament directe daigua 114

9. Dimensionament dinstallacions otovoltaiques connectades a xarxa 1199.1. Dimensionament duna installaci 1219.2. Radiaci solar disponible 1229.3. Prdues dels components 1229.4. Clcul de la producci energtica 1239.5. Clcul de laparellatge elctric 1249.6. Dispositius de protecci de CC 1269.7. Secci dels conductors elctrics des de linversor al punt de connexi 127

9.8. Dispositius de protecci de CA 1289.9. Presa de terra 129


13/132


14/132

12/13 Energia solar otovoltaica

Presentaci

El nou Pla de lenergia i del canvi climtic de Catalunya 2012-2020 avana cap a unmodel de baixa intensitat energtica i de baixa emissi en carboni, amb una apos-ta molt erma i intensa per la utilitzaci, entre daltres, de les energies renovables.Del seu conjunt, lenergia solar representa a Catalunya una ont denergia renovablerellevant, ja que la radiaci solar que tenim disponible s una de les ms elevadesdEuropa.

Laproftament otovoltaic daquesta radiaci solar ha experimentat un creixe-

ment exponencial a Espanya en els darrers anys, arrel de laprovaci dun marc retri-butiu avorable al quilowatt hora produt i connectat a la xarxa elctrica. En aquestcontext, a Catalunya, lany 2008 ja es va superar mpliament la potncia objectiu de100 MW inicialment establerta al primer Pla de lenergia de Catalunya 2006-2015,motivant-ne la revisi a lala fns als 500 MW.La disminuci notable dels preus dels mduls i, en conseqncia, de les despesesdinversi de les installacions otovoltaiques, juntament amb la gran adaptabilitatque aquests sistemes presenten, nha acilitat la integraci en lmbit de ledifcaci(cobertes de naus industrials, teulades dedifcis, aanes, marquesines, etc).

Aquesta generaci distribuda constitueix una aposta en la poltica energticaen matria de renovables del Govern de la Generalitat de Catalunya, que es veu-

r reorada per laplicaci de la Directiva 2010/31/UE del Parlament Europeu i delConsell, de 19 de maig, relativa a lefcincia energtica en edifcis. En aquest sentit,la Directiva obliga a que tots els edifcis nous o amb reormes importants tinguinun consum denergia quasi nul a partir del 31 de desembre de 2020, i que aquestaquantitat denergia necessria es cobreixi mitjanant onts renovables, un mbit enqu la otovoltaica, per la seva versatilitat, ser una de les ms utilitzades.

La publicaci que teniu a les mans sinsereix en aquesta realitat. Amb la fnalitatde ormar proessionals en la tecnologia otovoltaica, tot mostrant els components,els esquemes bsics i el dimensionat dinstallacions tant les autnomes com les con-nectades a la xarxa, hi ha tamb el desig de contribuir a diondre les virtuts dunamanera senzilla de generar electricitat, neta, segura i inesgotable i, a un cost cada

cop ms competitiu.Esperem que llegir-la us resulti profts.


15/132


16/132


Les installacions solars otovoltaiques sn installacions generadores delectricitaten baixa tensi que, normativament, no presenten dierncies signicatives respec-te a les installacions generadores que utilitzen altres onts denergia com el gas, elgasoil, etc.

Les installacions solars otovoltaiques estan subjectes al marc normatiu esta-blert per les installacions elctriques de baixa tensi RBT (Reglamento Electrotcnico

para Baja ensin) i ms especcament la instrucci tcnica ITC-BT 40Instalaciones

Generadoras de Baja ensin. En aquesta norma shi identiquen nicament les tipo-logies segents de generadors en baixa tensi:

Installacions generadores allades de la xarxa elctrica. Aquestes instal-lacions no presenten cap tipus de connexi amb la xarxa elctrica i corresponena sistemes autnoms de generaci delectricitat.

Installacions generadores assistides. Aquesta conguraci correspon a equipsde recolzament que actuen en cas de allada de subministrament elctric i/omanca de potncia elctrica. En tot cas, no es permet que el generador elctrictreballi en parallel amb la xarxa de distribuci elctrica.

Installacions generadores interconnexionades a la xarxa elctrica. Sn

installacions que habitualment estan interconnexionades amb la xarxa elctri-ca, treballant-hi en parallel.

En aquest context, les installacions solars otovoltaiques -per costos i pels requi-sits normatius descrits anteriorment- quedaran restringides als mbits segents:

Installacions otovoltaiques autnomes. Installacions de subministramentelctric en zones allades de les xarxes de distribuci elctrica; aquestes instal-lacions no presenten cap tipus de connexi amb la xarxa elctrica.

Installacions otovoltaiques dinterconnexi a la xarxa. Petits o grans gene-radors otovoltaics connectats a la xarxa elctrica i que venen tota la producci

elctrica a les comercialitzadores delectricitat mitjanant un contracte regulatper lorganisme administratiu competent.

1. Marc normatiu


17/132

1.1. Reglamentaci aplicable

Totes les installacions solars otovoltaiques estan subjectes a lRBT (ReglamentoElectrotcnico para Baja ensin) pel que a als requisits de seguretat elctrica i no pre-senten dierncies signicatives respecte a les normes aplicables a la resta dinstal-

lacions elctriques.En reerncia al dimensionament i als muntatges dels equips especcs de les

installacions otovoltaiques, nicament cal ressaltar el Cdigo cnico de la Edicaci-n, Apartat HE 5, que s on es descriu lobligatorietat dincorporar energia solar oto-voltaica als grans edicis de nova construcci (hotels, hospitals, centres comercials,etc.) aplicable a tot lEstat. En aquest document es a esment dels parmetres bsicsde dimensionament de les installacions otovoltaiques subjectes a aquesta norma.

Per a la resta dinstallacions otovoltaiques, cal tenir en compte el complimentde les normes UNE-EN elaborades pel Comit Tcnic de Normalitzaci, les AEN/CTN/206/GT82, que corresponen a sistemes denergia solar otovoltaica i que de-neixen els parmetres mnims exigibles als equips i installacions otovoltaiques.

Pel que a estrictament al dimensionament de les installacions ora de lmbit delCdigo cnico no hi ha cap norma que sigui obligatori complir i noms ens podemreerir al Pliego de Condiciones cnicas publicat per lIDAE com a document guia peral dimensionament de les installacions otovoltaiques, tot i que aquest document nos cap norma; nicament s una guia tcnica de reerncia.

Complementriament a tot aix i reerit nicament a les installacions otovol-taiques de connexi a la xarxa, les companyies elctriques estableixen els requisitstcnics que han de complir totes les installacions otovoltaiques que vulguin operara travs de la seva xarxa elctrica.


18/132


19/132

2. El Sol com a recurs energtic

s un estel de la seqncia principal, de classe espectral G2, que signica que s unamica ms gran i calent que un estel mitj. s una immensa bola de plasma ormada,majoritriament, per hidrogen i per heli. Radia una gran quantitat d'energia a l'espaimitjanant processos nuclears de usi. Es va ormar a uns 4.500 milions d'anys, almateix temps que el sistema solar, i arribar al nal de la seva vida d'aqu a uns 5.000milions d'anys ms. Quan arribi aquest moment, es convertir en un gegant vermelli desprs en un nan blanc.

Per tant, s la principal ont d'energia de la vida. Tamb aporta l'energia quemant en uncionament els processos climtics.

2.1. Radiaci solar incident en la supercie de latmosera

Lenergia solar arriba a la Terra en orma dones electromagntiques que es desplacenper lespai en totes les direccions sense cap suport material. Aquest eecte s el queanomenem radiaci solar i a reerncia a un enomen sic vibratori que es represen-ta en orma dones.

Aproximadament, la meitat de la radiaci solar incident en latmosera terrestrecorrespon a la banda de reqncies de la llum visible per a lull hum (0,38 a 0,78

m). La resta pertany a bandes que no capten els nostres ulls, principalment linra-roig (radiaci associada a processos trmics i de longituds dona superiors a 0,78 m)i un petit component de llum ultraviolada que presenta longituds dona una micams petites que la visible (ineriors a 0,38 m).

Figura 2.1.Imatge del Sol.


20/132


2.1.1. Constant solar

La potncia de la radiaci solar rebuda sobre una unitat de supercie (m2), sobre unpla tangent a lesera imaginria ormada per la capa externa de latmosera, sano-

mena constant solar.El valor d'aquesta constant s de: 1.353 W/m2.Encara que aquest valor sanomeni constant solar, no s un valor x, sin que

varia aproximadament 3% en unci de les variacions de la distncia Sol-Terra du-rant lany.

L'rbita terrestreLa Terra gira al voltant del Sol ormant una ellptica en la qual el Sol s el ocus,amb una separaci mxima el 21 de juny (aeli) i una distncia mnima el 21 de de-sembre (periheli), mentre que la distncia mitjana entre els dos astres (UA) s de149.600.000 km.

D'altra banda, la Terra gira sobre un eix imaginari que est inclinat 23 30' res-pecte del pla de leclptica (pla de lrbita terrestre al voltant del Sol) o sigui que leixde la Terra no s perpendicular a la seva rbita. La ruta aparent del Sol a travs delcel porta el nom declptica.

Banda Ultraviolat Visible Inraroig

Lngitud dna (m) 0,01 - 0,38 0,38 - 0,78 0,78 - 1.000

Percentatge energtic (%) 8% 46% 46%

Ptncia de radiaci (W/m2) 109 629 629

Figura 2.2.Representaci grcade la distribuci entermes de potncia i depercentatge de lespec-tre electromagntic.

Taula 2.1. Distribuciespectral de radiaciextraterrestre.

Energia de cada franja 629 W/m2

46% Visible 46% Infrarig

629 W/m2

ToTAL 1.367 W/m2

8% Ultravileta

109 W/m2


21/132

2.2. Radiaci solar incident en la supercie de la Terra

La radiaci solar s ora constant abans dentrar a latmosera; en canvi, un cop hatravessat la ranja daire que ens envolta, la radiaci solar experimenta tot un seguitde processos dinteracci amb la matria (gasos, pols en suspensi, vapor daigua,etc.) que orma latmosera. En aquest procs, la radiaci solar salterar a causa delsenmens sics segents:

1. Reexi: una part de la radiaci no penetra, sin que es desvia cap a lexterior

com si es tracts dun mirall.2. Transmissi: una part de la radiaci travessa latmosera terrestre, de maneraque aquesta radiaci pot patir ms o menys canvis de direcci i/o velocitat(reracci).

3.Absorci: una part de la radiaci s absorbida per latmosera, cosa que pro-dueix un escalament per limpacte sobre els toms que componen latmoseraterrestre.

A causa dels enmens descrits anteriorment, noms una part de lenergia dispo-nible es podr aprotar a nivell del mar. Aquest ltrat es dna no noms en quan-titat, sin tamb en composici: lenergia que incideix, es distribueix al llarg de les

dierents bandes de radiaci, tal com podem observar en el grc segent.

Figura 2.3. Represen-taci grca del despla-

ament de la Terra alvoltant del Sol.

Equinccide primavera

Slstici dhivern(21 de desembre)

Equinccide tardr

Slstici destiu(21 de juny)

rbita

ellptic

a

UA1

UA0,98

8

UA1UA1

,017

SoL


22/132


Fluxdenergia

0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2

1

2

3

0

Cs negre a 6.000kRadiaci slar a l'exterir de latmsferaRadiaci slar a la superfcie de la Terra

Longitud dona

Figura 2.4.Representaci grcade la dierncia delenergia incident en lasupercie de latmos-era i la supercie dela Terra.

Daltra banda, la radiaci solar incident en la supercie de la Terra est condicio-nada pels actors que descriurem a continuaci.

2.2.1. Localitzaci geogrfca

La radiaci incident variar en unci de la localitzaci geogrca. Com ms allu-nyats de lequador ens situem, menys nivell de radiaci incident per unitat de super-cie (W/m2) tindrem.

Aix s a causa, principalment, de langle dincidncia de la radiaci sobre la Terra,

que s menys perpendicular al Sol i, alhora, la radiaci solar ha de travessar ms at-mosera, ms massa daire, que actua de ltre de la radiaci solar.La radiaci solar incident pot variar ns a un 30% per aquest concepte.Lalada respecte al nivell del mar ser un altre dels actors que aectar directa-

ment la quantitat de radiaci incident. Lespessor datmosera que ha de travessar laradiaci solar varia en unci de la distncia que hi ha entre el punt dubicaci i delestratosera.

Figura 2.5. Amb unailluminaci obliqua,socupa ms superciedilluminaci,

per incideix menysllum per unitat desupercie. Passa elmateix amb la radiacisolar: com ms ensallunyem de lequador,menys perpendiculars la radiaci solar i,per tant, hi ha menysenergia incident perunitat de supercie(W/m2).

Llanterna en

psici vertical

Llanterna en

psici bliqua


23/132

2.2.2. Factor estacional

Les estacions de lany vnen determinades per la declinaci de la Terra respecte alSol, cosa que incideix directament sobre el temps dexposici diria a la radiaci so-lar, tal com podem observar a la gura 2.6.

Com a conseqncia daquesta inclinaci, a cada punt de lrbita terrestre variarla geometria de la situaci dun emplaament respecte del Sol.

Aquest et a variar langle dincidncia i el temps dexposici a la radiaci solar,que dna pas a les estacions meteorolgiques, que sn oposades en dates entre elsdos hemiseris perqu la radiaci solar hi incideix amb angles dierents.

Taula 2.2. Variaci dela radiaci en unci de

l'alada sobre el nivelldel mar.

Alada sobre el nivell del mar (m) 0 900 1.500 2.250

Intensitat mxima de radiaci (W/m2) 950 1.050 1.100 1.150

PrimaveraTardr

TardrPrimavera

Estiu

Hivern

23 30

Hivern

Estiu

Figura 2.6.Representaci grcade la declinaci de la

Terra en unci delestaci de lany.

2.2.3. Factor climatolgic

De lenergia solar que travessa latmosera i que incideix sobre lescora de la Terra,una part principal arriba en orma directa, s a dir, que no pateix canvis de dispersien la direcci. La resta denergia arriba de manera diusa o dispersa. Aquesta ltima

correspon als raigs desviats per les gotes de vapor daigua en suspensi (nvols).Com ms ennuvolat s el dia, ms important s la radiaci diusa; en canvi, comms clar, ms participaci hi ha de la radiaci directa.

La climatologia especca de la localitzaci establerta ser el actor determinantde la radiaci solar incident, ja que els elements climatolgics com els nvols o lesboires actuen com un intens ltre de la radiaci solar que la redueix duna maneraimportant.


24/132


25/132

-100-120 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120

10

20

30

40

50

60

70

80

NE E SE S So O NO

H:Aladasolar()

21 de juny

21 dabril

mitjana

21 de febrer

21 de desembre

A: Azimut ()

-7 h

-6 h

-5 h

-4 h

-3 h

-2 h

-1 h0 h

1 h

2 h

3 h

4 h

5 h

6 h

7 h

Figura 2.8. Diagramade les trajectries del

Sol a Catalunya.

2.3. Avaluaci del recurs radiaci solar incident

La Terra a una rotaci completa sobre si mateixa cada 24 hores (aproximadament23 h 56 min 4 s). Aquest et implica que, des de qualsevol emplaament, un observa-dor t la sensaci que ell est esttic i que s lunivers el que gira al seu voltant.

Per tant, tot i que sigui la Terra la que gira, ens hem acostumat a associar el mo-viment del sistema Sol-Terra noms al Sol.

En aquest context, podem establir que lalada solar varia durant el dia. El Solsurt molt baix i sobre lhoritz, assoleix lalada mxima al migdia, per tornar a ama-gar-se a la tarda. De la mateixa manera, cada dia de lany el Sol arriba a una aladamxima dierent.

A Catalunya, el valor ms alt s el del dia del solstici destiu, proper als 71; i elms baix, el del solstici dhivern, proper als 25.

H Gener Febrer Mar Abril Maig Juny Juliol Agost Set. Oct. Nov. Des.

A H A H A H A H A H A H A H A H A H A H A H A H

0 0 27 0 35 0 46 0 58 0 67 0 71 0 70 0 62 0 51 0 39 0 29 0 25

1 16 26 18 33 21 44 26 55 33 64 38 68 36 66 29 59 23 49 19 37 16 28 15 23

2 30 21 34 29 39 38 48 48 57 56 63 59 60 58 52 52 43 42 36 32 31 23 29 19

3 43 15 48 21 55 30 64 39 73 46 78 48 76 47 68 42 58 34 50 25 44 17 42 13

4 54 6 60 12 67 20 76 29 85 35 89 37 87 36 80 32 71 24 62 15 56 8 53 4

5 71 2 78 9 87 18 95 23 99 26 97 25 91 20 82 13 73 5

6 97 6 104 12 108 15 106 14 101 9 92 2

7 114 2 117 5 116 4

Taula 2.4.Trajectria del Sol.


26/132


2.3.1. Parmetres de la posici del Sol

Azimut (A): s langle comprs entre la projecci dels raigs solars sobre el pla tangent ala supercie terrestre i el sud geogrc. Lazimut de 0 correspon al moment en qu elSol es troba exactament sobre el sud geogrc i indica el migdia: les 12:00 h, hora solar.

Alada solar (H): s langle que ormen els raigs solars amb lhoritzontal quan arri-ben a la supercie de la Terra.

(Alada solar) 21 de juny0h slar

21 de desembre

0h slar 71

25

(Azimut)

Estiu

(240)

Hivern(120)

S N

O

E

Figura 2.9.Representaci grcadels parmetressignicatius de latrajectria solar.

Coordenades terrestresQualsevol punt de la Terra es pot localitzar per les se-

ves coordenades globals, denominades Latitud ( ) iLongitud (L), corresponents al seu parallel i meridi,respectivament. La latitud es mesura per la sevaelevaci en graus respecte a lequador, considerant elpol nord com = 90 N. La longitud s langle queorma el meridi del punt a observar amb el meridi0 de reerncia que passa per Greenwich (Londres).

Meridi deGreenwich

Equadr

N

S

O Elatitud

lngitud


27/132

2.3.2. Avaluaci de la radiaci incident

Per a mesurar la radiaci total que una supercie rep en un determinat nombre dedies (o mesos), sutilitzen uns aparells anomenats piranmetres, els quals detectenla intensitat de la radiaci incident en cada moment i que, acoblats a un ordinador,

acumulen aquestes dades en el decurs del temps de presa de mesures.Un piranmetre collocat sobre una supercie perectament horitzontal, lliure

dobstacles al seu voltant, rep la radiaci total (directa ms diusa) de tota la voltaceleste, cosa que permet avaluar lenergia disponible a la zona on s ubicat.

bviament, les dades de radiaci que sobtenen a partir dels piranmetres han deser de gran abilitat, ja que un cop recopilades durant anys i desprs dun intens pro-cs matemtic i estadstic sincorporen a les anomenades taules de radiaci solar.

Figura 2.10. Piran-metre UVA YANKEE.

2.3.3. Taules de radiaci

Conixer la radiaci ens permet avaluar lenergia solar incident en la nostra instal-laci, a quines hores uncionar a mxima potncia, com treuren el millor prot, etc.

La radiaci solar instantnia (irradincia) s molt important a lhora de poderavaluar el que est passant en un moment determinat en una installaci que esten uncionament. Per a lhora de poder avaluar lenergia que produir un sistema,o quan hem de er els clculs per a dimensionar-lo, el que necessitem s saber laquantitat denergia que aquesta radiaci aporta durant un perode de temps concreto dirradiaci.

Lobtenci de la inormaci continguda a les taules de radiaci s una tasca labo-riosa, ja que es necessiten mesures de qualitat durant molts anys (ms de 10 anys)i un treball posterior de validaci i de correlacions matemtiques per tal de poderextrapolar les dades al territori i a dierents orientacions i inclinacions.

Finalment, els resultats sn els anomenats atles de radiaci solar, com lAtles deradiaci solar de Catalunya, edici 2000, elaborat per lInstitut Catal dEnergia i quepermet obtenir dades de radiaci global (directa +diusa + refectida) de 83 estacionsde mesurament, distribudes arreu del territori catal. A continuaci, presentem al-gunes taules daquest atles.


28/132


A la taula adjunta, tenim les dades obtingudes per a lestaci de Barcelona i ens in-dica els valors mitjans de la radiaci global diria (MJ/m2dia), s a dir, la suma de totsels components de la radiaci (directa, diusa i refectida) que rebria una supercie d1m2 que estigus orientada al sud (Azimut = 0) en unci de la seva inclinaci, per ca-dascun dels mesos de lany i, nalment, a la columna de la dreta, el valor mitj anual.

Si observem els valors, podrem identicar amb claredat les variacions estacionalsi tamb algunes peculiaritats.

Orientaci: 0

Incli-naci

Gen Feb Mar Abr Mai Jun Jul Ag Set oct Nv Des Anual

0 6.80 9,65 13,88 18,54 22,25 24,03 23,37 20,42 16,05 11,40 7,73 6,04 15,04

5 7,70 10,56 14,72 19,15 22,58 24,21 23,63 20,93 16,85 12,32 8,66 6,94 15,71

10 8,56 11,41 15,47 19,67 22,78 24,25 23,74 21,31 17,54 13,17 9,55 7,80 16,29

15 9,37 12,19 16,14 20,07 22,84 24,13 23,70 21,59 18,13 13,95 10,38 8,61 16,78

20 10,12 12,90 16,70 20,35 22,76 23,87 23,52 21,76 18,61 14,63 11,15 9,37 17,1725 10,81 13,52 17,17 20,51 22,60 23,48 23,24 21,80 18,98 15,23 11,85 10,07 17,46

30 11,43 14,07 17,52 20,54 22,32 23,02 22,86 21,71 19,23 15,73 12,47 10,71 17,65

35 11,97 14,52 17,77 20,45 21,90 22,43 22,34 21,48 19,36 16,13 13,01 11,28 17,73

40 12,44 14,88 17,91 20,23 21,35 21,70 21,69 21,12 19,37 16,43 13,47 11,77 17,71

45 12,83 15,15 17,94 19,98 20,67 20,84 20,90 20,63 19,26 16,63 13,85 12,19 17,58

50 13,14 15,32 17,86 19,43 19,87 19,86 20,00 20,02 19,03 16,72 14,13 12,53 17,33

55 13,36 15,40 17,67 18,85 18,95 18,77 18,97 19,29 18,68 16,71 14,32 12,78 16,98

60 13,49 15,37 17,36 18,16 17,92 17,60 17,84 18,44 18,22 16,59 14,42 12,95 16,53

65 13,53 15,25 16,95 17,36 16,83 16,41 16,71 17,48 17,65 16,36 14,42 13,04 16,00

70 13,49 15,03 16,44 16,46 15,70 15,14 15,48 16,43 16,97 16,03 14,33 13,03 15,38

75 13,35 14,72 15,83 15,47 14,48 13,78 14,18 15,35 16,19 15,60 14,14 12,94 14,67

80 13,13 14,31 15,12 14,41 13,81 12,36 12,80 14,17 15,31 15,08 13,86 12,77 13,87

85 12,82 13,81 14,32 13,29 11,82 10,93 11,35 12,93 14,34 14,45 13,50 12,51 13,00

90 12,43 13,23 13,44 12,11 10,41 9,57 9,99 11,62 13,30 13,74 13,04 12,16 12,08

Taula 2.5. Radiacisolar global diriasobre supercies in-clinades (MJ/m2dia).Estaci: Barcelona.

Per exemple: El mes de lany amb menys radiaci solar s, en termes generals, el desembre.

Per si es tracta danalitzar la radiaci solar que rebr una aana, veiem que elpitjor mes de lany aleshores ser el juny, ja que el Sol est molt alt i, per tant,langle de visi de la supercie ser molt petit.

El valor mxim dirradiaci global anual durant lany es dna amb inclinaci 35amb 17,73 MJ/m2dia. Per tant, aquesta ser la millor inclinaci en sistemes onlimportant sigui la producci anual i no hi hagi cap poca crtica a cobrir.

Tot i que s a 65 que trobem la mxima insolaci al mes de desembre, a 50aquesta continua essent de ms del 95% i, en canvi, permet obtenir millor apro-tament els mesos de primavera i tardor.


29/132


30/132


Radiaci solar global mitjana diria

Zna climtica MJ/m2 kWh/m2

I H < 13,7 H < 3,8

II 13,7 H < 15,1 3,8 H < 4,2

III 15,1 H < 16,6 4,2 H < 4,6

IV 16,6 H < 18,0 4,6 H < 5,0

V H 18,0 H 18,0

En laspecte que pertoca a aquest captol, la radiaci solar i la seva avaluaci quan-titativa sn incloses a lapartat 3.1.2 Zonas climticas de lHE4. Aquestes zones hanestat denides tenint en compte la radiaci solar global mitjana diria sobre super-cie horitzontal (H) segons la taula 2.7.

En el cas que la localitat dubicaci de la installaci no aparegui indicada a la tau-

la 2.7. (taula de Zonas climticas de lHE 4), shaur dutilitzar la zona climtica dela localitat ms propera o utilitzar la taula anterior si disposem de dades de radiaciprecises de la nostra geograa.

Taula 2.7. Zonesclimtiques en uncide la radiaci segonsel CTE.

2.3.4. Radiaci incident: hora sol pic (hsp)

Per a calcular la radiaci incident arem servir les taules de radiaci que ens deter-minaran la radiaci incident segons el lloc dubicaci de la installaci, la inclinaci ilorientaci dels mduls que hem determinat.

Com que els abricants dels panells otovoltaics expressen la potncia dels seusproductes en Watts pic en unes condicions de radiaci solar 1.000 W/m 2, arem uncanvi dunitats per passar els MJ/m2dia de les taules de radiaci a kWh/m2dia, mul-

tiplicant el valor de la taula de radiaci per 0,27 kWh/MJ.Un cop disposem de la radiaci en kWh/m2dia, la dividim pel valor de la radia-ci estndard (1 kW/m2) que es a servir per a calibrar els mduls i obtenim el valordhores pic equivalents, hsp, un valor que vindria a expressar les hores de llum solaral dia amb una intensitat xa de 1.000 W/m2 que produirien la mateixa energia queel dia mitj del dia escollit (tot i que sabem que, en realitat, el Sol varia dintensitatcontnuament durant el dia).

hsp = radiaci solar en kWh/m2dia

A eectes de clculs energtics, s el mateix suposar que el mdul est rebent una

intensitat de radiaci de 1.000 W/m2

durant un temps igual al nombre dhsp, que elque rep en condicions normals durant tot el dia. s a dir, amb valors que varien al llargdel dia, ja que coincideix el nombre dhsp amb el nombre de quilovats hora denergiaincident durant tot el dia.

Podrem dir que si, per exemple, en un lloc reben en un mes determinat una radi-aci mitjana diria de 12,7 MJ/m2dia (equivalent a 3,527 kWh/m2dia), el resultat sel mateix que si hi incids una intensitat de 1.000 W/m2dia durant 3,527 hores i esdiu que les hsp daquest mes sn 3,527.


31/132

3. Ubicaci i ancoratgedels panells solars

Qualsevol implantaci duns sistemes sostenibles porta implcit loptimitzaci dels recur-sos a utilitzar. Aquesta s la base del disseny i del muntatge de les installacions solars.

Per a aconseguir, de manera senzilla, laprotament del Sol com a recurs energ-tic, s imprescindible el coneixement de la trajectria solar, el perl de les necessitatsi dels condicionants de la ubicaci. Tot aix comporta determinar lorientaci i lainclinaci dels panells en installacions xes per tal daconseguir el mnim cost delquilovat hora solar.

3.1. Ubicaci dels panells

Per qestions dadaptaci arquitectnica, els panells acostumen a estar situats ales cobertes, encara que no sigui la zona ms prxima al sistema dacumulaci o decomptadors denergia. Per qestions de seguretat i dintegraci arquitectnica, esdeterminar la coberta de les edicacions com a zona dubicaci dels panells oto-voltaics.

La coberta s un element estructural de ledicaci del qual hem de conixer bsi-cament quatre parmetres: la supercie disponible, lorientaci, la crrega estructu-ral que pot suportar i la incidncia dombres que pot tenir. Aquests elements condi-

cionaran la disposici dels panells solars i dels sistemes dancoratge.

3.1.1. La supercie disponible

La supercie disponible quedar determinada per lespai de la coberta en qu la pro-pietat determini ubicar els panells. Caldr procurar que aquesta supercie sigui unespai de cil accs per a les operacions de manteniment, alhora que aquest espaihaur destar protegit dactes vandlics o de caiguda dobjectes. En cap cas, no es potinringir cap normativa urbanstica del municipi i es requerir el perms de la comu-nitat de propietaris en el cas que la installaci dels panells es aci en una comunitatconstituda.

3.1.2. Orientaci i inclinaci

Per la nostra latitud, lorientaci ptima dels panells ser sud i la inclinaci ptimaper a installacions de connexi a xarxa ser equivalent a la latitud del lloc 10. Enel cas de les installacions autnomes, sestablir com a regla general la taula 3.1.


32/132


Tenint en compte que en alguna ocasi no s possible assolir les condicions din-clinaci i dorientaci adequades, caldr avaluar, en tot cas, les prdues de radiaciincident a causa dels condicionants dubicaci.

A les installacions de connexi a la xarxa, el Cdigo cnico de la Edicacin (CTE

HE 5) estableix uns valors lmit de prdues daquestes dues variables que descriurema continuaci:

10% anual amb carcter general. 20% anual en el cas de superposici (adaptaci dels panells a la geometria de

ledici). 40% anual en el cas dintegraci arquitectnica (els panells ormant part de

lestructura de ledici).

3.2. Incidncia dombres

Per a assolir el mxim aprotament dun sistema denergia solar, shaur de tenircura de la incidncia de possibles ombres sobre els panells, tant les properes (objec-tes que tapen momentniament la radiaci directa del Sol) com les ombres llunyanes(elements de lorograa i/o paisatge que oculten el Sol de la zona on se situa la instal-laci solar.

Leecte de les ombres sha davaluar amb ora cura a lhora de determinar la ubi-caci dels panells, ja que les ombres als panells produeixen una minva important de laproducci, sobretot si es produeixen a les hores centrals del dia (mxima insolaci).

Aplicaci Inclinaci recomanada Inclinaci recomanada a Catalu-nya (latitud 40 nord)

Installacins d's d'hivern Latitud del llc + 20 60

Installacins d's cntinuat tt l'anysense grup electrgen de suprt

Latitud del llc + 15 55

Installacins d's cntinuat tt l'any ambgrup electrgen de suprt Latitud del llc + 10 50

Installacins d's principal a l'estiu Latitud del llc -10 30

Installacins d's estacinal Angle cmplementari a l'aladaslar de l'pca d's/

Installacins amb cnnexi a xarxa Latitud del llc 10 30

Taula 3.1. Relacidinclinacions depanells en uncide la utilitzaci.


33/132


34/132


35/132


36/132


3.2.3. Separaci entre fleres de panells

La separaci entre leres de panells ha de garantir la no-superposici dombres entreles leres de panells els mesos del solstici dhivern/estiu.

Aquesta distncia quedar determinada per lexpressi segent, en el cas de pa-

nells en disposici horitzontal (sobre un pla).

d = ( h / tanH) cosA

En qu:d, s la distncia mnima entre lnies de panells.h, s lalada de la lnia de panells (en vertical, des del punt superior al terra).tanH, s la tangent de lalada solar (angle) en el mes ms desavorable (desembre)

a la nostra latitud.cosA, s el cosinus de lazimut solar en el mes ms desavorable (desembre) a les

10 h solar.

H: Alada slarh: Alada de lbjected: Distncia de lbjecte

Radiaci slarH: 21 desembre (25)

hh

d d

d = ( h/ tanH ) cosA

Figura 3.4.Representaci grcadels parmetres declcul de la distnciaentre lnies de panells.

H

Aquest clcul pot quedar simplicat amb laplicaci del actor K per distnciaentre panells.

Inclinaci 20 25 30 35 40 45 50 55

Cecient K 1,81 1,98 2,14 2,27 2,40 2,50 2,59 2,65

Taula 3.2. Coecient

K per a distncia entrepanells.


37/132

Lombra sobre un pla vertical estar determinada per lalada solar mxima que,en el cas de Catalunya, s la del solstici destiu, propera als 71, per a una latitud de41 N.

La distncia mnima de lobstacle quedar determinada per la gura 3.6.

Loperaci destablir la distncia entre les bases dels panells queda reduda a lasimple multiplicaci de la longitud del panell (L) pel coecient (K) corresponent, enunci de la inclinaci de panells utilitzada.

d = K L

En qu:d, s la distncia entre la part davantera duna lera i la part davantera de la

segent.K, s un actor adimensional que t una relaci directa amb la inclinaci dels

panells.L, s la longitud del panell.

En cas que la ubicaci dels panells sigui sobre una supercie inclinada, per a de-terminar la longitud de lombra shaur de sumar langle dinclinaci de la cobertaamb el de lalada solar, tal com indiquem a la gura 3.5.

(Ombra) d = h / Tg de H'

h

h

H

dH= (+)

H: Alada slar ttal : Alada slar

: Inc. respecte lhritzntald : Distncia captadrs : Inclinaci ttal captadrs

: inclinaci captadrs

Figura 3.5.Representaci grca

dels parmetres declcul de la distncia

entre lnies de panellsen una supercie.

Radiaci slarH: 21 desembre (25)


38/132


Podem simplicar laplicaci daquesta expressi amb el que anomenarem actor

K i que s igual a 1 x tan 71.

K = 2,9

3.3. Ancoratges dels captadors

Lancoratge dels panells s un dels elements de la installaci que estar sotms aesoros mecnics importants i a un alt nivell dagressi ambiental; per aix cal queaquests actors es considerin en el disseny i en el muntatge duna installaci solarotovoltaica, per tal de reduir la atiga mecnica i la degradaci de lestructura.

A lhora destablir el tipus dancoratge de la installaci, caldr avaluar els condici-

onats imposats per la ubicaci de la installaci.

3.3.1. Sistema dancoratge

El sistema dancoratge pot ser una de les parts ms delicades a lhora de lexecuci dunainstallaci: duna banda, han de ser ora robusts per a poder suportar la ora del vent,essencialment el del nord; daltra banda, la seva installaci ha de ser molt acurada, pelrisc de produir desperectes en una part sensible de ledicaci, la coberta.

Figura 3.6.Representaci grcadels parmetres declcul de la distnciaentre lnies de panellsen una supercievertical.

d

h

H71

25

d=h tanH

Hd=(h/tanH') cosA


39/132

Per aquest motiu, no sn recomanables els sistemes dancoratge en qu siguinecessari perorar la coberta. Ara b, en cas que no es pugui evitar la utilitzacidaquests sistemes, els orats shauran domplir amb silicona, escuma de poliuret,pintura impermeabilitzant o similar. Un cop ancorada lestructura, shaur de sege-llar i impermeabilitzar cadascun dels ancoratges. Tot i aix, es corre el risc dhumitats

a la coberta a causa, o no, del muntatge dels panells solars.Lopci ms segura es basa en la utilitzaci de peces de ormig preabricat per a

lancoratge; aquestes peces donen estabilitat a lestructura a causa del seu pes nica-ment i, per tant, no ser necessari perorar la coberta.

El tipus dancoratge per a un suport de panells dependr del ormat de la base dequ disposem en coberta, terrat, aana o sobre un tub. Tamb dependr de les orcesque hi actun a sobre com a conseqncia de la pressi del vent a qu es trobi sotms.

Com que els panells habitualment estaran orientats cap al sud, el vent que potrepresentar un risc ms important s el del nord, ja que produir orces de traccisobre els ancoratges, que sempre sn ms destructives que les orces de compressi.

Per a installacions petites, el mercat oereix unes solucions senzilles, prctiques

i barates, que consisteixen en calaixos de plstic que somplen de material pesant(runa, sorra, pedres, blocs de ciment...) a sobre dels quals es xen els panells.En els casos en qu les cobertes siguin de brociment (uralita) o b metlliques,

shaur destudiar la possibilitat dincorporar una estructura autosuportant subjec-tada sobre les columnes laterals o les bigues transversals. No obstant aix, en aquesttipus de cobertes no transitables, caldria considerar ls dels mduls otovoltaics decapa prima (thin lm) perqu tenen una baixa crrega especca (de 4 a 6 kg/m2).

Es poden utilitzar molts materials per a les estructures de suport, entre els qualscal destacar: lacer inoxidable, lalumini, el erro galvanitzat amb una capa protectorade com a mnim 80 micres, usta tractada, etc. Per el caragolam haur de ser dacerinoxidable, que haur de complir la norma MV-106. En cas que lestructura sigui

galvanitzada, sadmetran cargols galvanitzats, exceptuant la subjecci dels mduls alestructura mateixa, que seran dacer inoxidable.En el sistema duni de les estructures, cal tenir en compte el problema dels parells

galvnics que es presenta quan dos metalls de dierent potencial elctric es posen encontacte, cosa que se soluciona usant allants i volanderes de materials no metllicsque evitin el contacte sic entre el marc del panell i lestructura de suport.

Figura 3.7. Panellsotovoltaics situats enuna coberta inclinada.

Figura 3.8. Lloses deormig per a suportar

panells otovoltaics.


40/132


Figura 3.9. Mdulspreabricats per alancoratge de panellsamb contraps.

Figura 3.10. Panellsotovoltaics sobre

coberta metllica.

3.3.2. Crrega estructural

Els mduls otovoltaics installats a les cobertes dels edicis hi provoquen uns esor-os degut al pes que tenen i a la ora transmesa per leecte del vent. El projectistade la installaci haur de denir i calcular els esoros que la installaci otovoltaica

realitza a la coberta i, mitjanant linorme tcnic corresponent, noticar-ho a lar-quitecte de ledici per tal que aquest procedeixi a vericar lestructura o a er un nouclcul ms acurat. Aix ltim, en el cas que ledici estigui en la ase de projecte.

En els edicis ja construts, caldr posar-se en contacte amb larquitecte que va rea-litzar el projecte per a conixer les condicions de sobrecrrega de la coberta de ledici.

Taula 3.3. Reernciade crregues mnimesadmissibles per adiversos tipus decobertes.

Extracte de la taula 3.1 del DB SE AE5 (CTE) Crrega uniormekn/m2

Crrega concentrada(kn/m2)

F Cbertes transitables accessibles ds privat 1 2

G Cbertes accessiblesslament per a cnservaci

G1

Cbertes amb inclinaciinferir a 20 1 2

Cbertes lleugeres sbrecrretges (sense sstre) 0,4 1

G2 Cbertes amb inclinacisuperir a 40 0 2

En cas que els panells se situn en aanes o en estructures annexes, shaur de com-plir la normativa urbanstica del municipi i alhora shaur de determinar el valor deresistncia dels elements estructurals per tal dassegurar-ne la subjecci.


41/132

3.3.3. Estructura de suport

Lestructura de suport ser lelement mecnic encarregat de suportar els panells;aquest element ha de complir com a mnim els requisits segents:

Llarga vida til sense manteniment i muntada a la intemprie. Resistncia mecnica als esoros provocats pel vent. Rapidesa i senzillesa de muntatge. Cost adequat.

Encara que la major part dels abricants disposen dels suports adequats per alsseus panells i adaptables a diverses cobertes, a lhora descollir una estructura desuport sha de tenir en compte:

Figura 3.11. Panellsotovoltaics muntats

en aana.

Caracterstica Descripci

Resistncia mecnica Lestructura de suprt ha de ser capa de suprtar esfrs mecnics de,cm a mnim, 2.000 N.

Rbustesa Les estructures de suprt shan de fabricar amb materials resistents a laintemprie i que n necessitin manteniment.

Caraglam i accessris rbusts Els elements de caraglam i accessris han de ser resistents a esfrsmecnics superirs a 2.500 N, inxidables i han destar cmplementats ambvlanderes sinttiques que evitin pssibles deteriraments per defectesgalvnics entre metalls.

Rapidesa de muntatge El muntatge duna estructura ha de ser fcil i gil.

Adaptable Les estructures han de permetre diverses pssibilitats de subjecci.

Cst redut Lestructura de suprt ha de representar un cst adequat per panell.

Taula 3.4. Parmetresa tenir en compte al'hora d'escollir una

estructura de suport.


42/132


Figura 3.12. Seguidorsolar de dos eixos.

Figures 3.13 i 3.14.Seguidor solar dunsol eix.

3.3.4. Estructures mbils

Les estructures mbils amb accionament manual estan totalment desaconselladesperqu necessiten un seguiment intensiu per part de lusuari i aix sha demostratdel tot ineca.

Daltra banda, hi ha sistemes de suport mbils daccionament automtic que per-

meten el seguiment continu de la trajectria solar mitjanant posicionadors electro-mecnics.

Aquests sistemes tenen una bona implantaci en grans installacions otovoltai-ques de connexi a la xarxa perqu poden augmentar la producci energtica ns aun 35%, sempre que lestructura i el mecanisme de seguiment garanteixin una bonasolidesa mecnica, siguin robustes i oereixin abilitat.

Ara b, en la implantaci daquestes estructures, tamb caldr avaluar altres ac-tors com laugment del cost global de la installaci i laugment docupaci despai. Enel cas de muntar diverses unitats, la projecci dombres daquests equips augmentarentre un 30% i un 70% respecte a la projecci dombra de les estructures xes.

Per aquest motiu, tot i que els sistemes de seguiment solar permeten un augment

de la producci, noms seran recomanables a les installacions en qu el balan eco-nmic cost-installaci-producci energtica sigui veritablement avorable als siste-mes amb seguiment o en els casos en qu el seguiment sigui un requisit del tipus depanell a utilitzar.

Pel que a a tipologies de seguidors solars, podem dierenciar bsicament:

Els seguidors dun eix. Els seguidors de dos eixos.

La dierncia principal daquests sistemes s que el seguidor dun eix noms per-met seguir la trajectria del Sol en un angle, habitualment la posici azimutal (eix

estoest).En aquest cas, els costos de la installaci augmentaran respecte a una installacixa aproximadament ns a un 10% i laugment de la producci energtica mitjanaanual es xar entorn del 18%.


43/132

Simulaci de la producci delectricitat estimada per a una installaci FVPtncia nminal = 1,0 kWPrdues del sistema = 14,0%

Tipus destructura Fixa (Inclin.=35, Orient.= sud) Seguidor solar de 2 eixos

Mes Producci mensual(kWh)

Producci diria(kWh)

Producci mensual(kWh)

Producci diria(kWh)

Gener 80 2,6 102 3,3

Febrer 83 3,0 104 3,7

Mar 119 3,8 152 4,9

Abril 122 4,1 160 5,3

Maig 133 4,3 184 5,9

Juny 136 4,5 196 6,5

Julil 143 4,6 207 6,7

Agst 137 4,4 189 6,1

Setembre 123 4,1 159 5,3

octubre 105 3,4 133 4,3

Nvembre 78 2,6 98 3,3Desembre 74 2,4 96 3,1

Mitjana anual (kWh) 111 3,7 148 4,9

(kWh) 1.333 1.780

Taula 3.5. Comparativaestimada de la producci

energtica entre unaestructura xa i una amb

seguiment a 2 eixos.

Els seguidors de dos eixos sn els que permeten er un seguiment de la trajectriasolar tant en angle dalada solar com en el de posici azimutal (eix estoest).

Aquests seguidors optimitzen la producci solar dels panells otovoltaics amb unaugment de la producci anual entorn del 30% ms que les estructures xes. Aix saix perqu aquest sistema de seguiment permet mantenir la perpendicularitat dels

panells amb el Sol al llarg de totes les hores de producci solar i durant tot lany.En contrapartida, laugment dels costos de la installaci i del manteniment seranaproximadament dun 18% a les installacions grans.

En cas dutilitzar estructures de suport que siguin mbils, cal assegurar-se quetots els seus components compleixen els requisits especicats anteriorment per a lesestructures de suport xes. A ms, necessitaran un manteniment acurat que garan-teixi el correcte uncionament del sistema de seguiment.

Criteris i normes per al disseny i el muntatge bsic destructures de suport1. Les estructures de suport han de ser capaces de resistir, com a mnim, 25 anys

d'exposici a la intemprie sense corrosi o atiga apreciables.

2. Lestructura de suport shaur de calcular per a suportar crregues extremesper actors climatolgics adversos com el vent, la neu, etc., dacord amb el CTEapartat SEAE Seguridad Estructural Acciones en la Edicacin.

3. El disseny i la construcci de l'estructura i el sistema de xaci dels panellspermetr les dilatacions trmiques necessries, sense transmetre crreguesque aectin la integritat dels captadors o la coberta, seguint les indicacionsdel abricant.

4. Lestructura i els marcs metllics dels captadors es connectaran a una presa deterra i sajustaran al Reglament Electrotcnic de Baixa Tensi (MI.BT 039).


44/132


3.3.5. Crregues de vent

Els ancoratges dels panells otovoltaics han de ser capaos de suportar les orces quehi actun a sobre com a conseqncia de la pressi del vent a qu es trobin sotmesos.Com que a la nostra latitud els panells estaran orientats cap al sud, lnic vent quepot representar un risc s el que vingui del nord, ja que produir orces de traccisobre els ancoratges que sempre sn ms destructives que les orces de compressi.

Figura 3.15.

Figura 3.16.Representaci grcadels vectors de ora detracci del vent.

Vent

f1f2

f

Per tal davaluar amb precisi la ora que pot actuar a sobre de cadascun delsmduls, emprem lexpressi matemtica segent:

= pS sin2


45/132


46/132


4. El panell solar otovoltaic

Lenergia solar otovoltaica s la orma d'obtenir energia solar a travs de dispositiussemiconductors que, en rebre radiaci solar, sexciten, provoquen salts electrnics iuna petita dierncia de potencial tipus dode en els seus extrems.

L'acoblament en srie de diversos d'aquests dodes ptics permet l'obtenci devoltatges ms grans en conguracions molt senzilles, i aptes per a petits dispositiuselectrnics. A major escala, el corrent elctric continu que proporcionen les plaquesotovoltaiques es pot transormar en corrent altern i injectar en xarxa. En entorns

allats, on es necessita poc corrent elctric i laccs a la xarxa est penalitzat econ-micament per la distncia, com en reugis de muntanya, estacions meteorolgiqueso de comunicacions, s'empren les plaques otovoltaiques com a alternativa econmi-cament viable.

4.1. Caracterstiques bsiques de les cllules otovoltaiques

El sic rancs AE Becquerel, lany 1839, va descriure leecte otovoltaic, tot i que nova ser ns a lany 1954 quan Chapin, Fuller i Pearson, dels laboratoris Bell Telepho-ne, van desenvolupar la primera cllula solar ecient.

Durant els anys vuitanta i principi dels noranta, aquestes cllules es van abricar

duna manera ora artesanal i van donar pas a la abricaci dels mduls otovoltaicsque han estat la base de lelectricaci de llocs allats. La plataorma dadquisici delexperincia va permetre en la segona part dels noranta lenlairament tecnolgic i laabricaci en massa amb labaratiment de costos i ecincies que poden superar el20% de rendiment en els tests de laboratori.

Figura 4.1. Publicitatdels anys seixanta dunpanell.


47/132


48/132


Generaci de portadorsEls otons corresponents a longituds dona petites (radiaci ultraviolada) sn msenergtics (de 2 a 3 electronvolt) que els corresponents a longituds dona ms grans(radiaci inraroja).

Cada material semiconductor t una energia mnima que permet alliberar elec-

trons dels seus toms i, per tant, aquesta energia correspondr a otons duna de-terminada banda de reqncies (gap) que anir des dels associats a lultraviolat nsals colors visibles, tret del vermell que ja t una energia associada inerior l1,2 elec-tronvolts.

Fluxdene

rgia

0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2

1

2

3

0

Cs negre a 6.000kRadiaci slar a l'exterir de latmsferaRadiaci slar a la superfcie de la Terra

Longitud dona

Figura 4.3. Franja demxim aprotamentde la radiaci solar a lescllules de silici.

En el grc segent (gura 4.4), shi poden observar les respostes espectrals dedierents materials semiconductors emprats en la abricaci de cllules solars. Shipot observar com el germani (Ge) reacciona davant de radiacions de menor reqn-cia i major longitud dona (inraroig) i larsenur de galli (GaAs) requereix radiaciultraviolada i visible, mentre que el silici t un comportament intermedi.

Encara que no tots els otons aconsegueixen lobjectiu de separar electrons, aixes deu al et que travessar el material implica sempre una certa prdua energtica i,per tant, que en el moment de la collisi alguns otons ja han quedat ora del llindarrequerit per a desplaar un electr. Aquestes prdues per no-absorci noms depe-

nen de les propietats del material i sn inevitables.Alhora, hi ha un percentatge de otons que arriben a travessar la lmina de se-miconductor sense topar amb cap electr i daltres que illuminen la supercie delmaterial i sn refectits (prdues per refexi). Aquestes prdues es poden reduir atravs de tractaments antirefexius de la supercie de la cllula.

Noms saconsegueix la generaci dun parell electr-orat per cada ot ambenergia cintica superior a la mnima energia (gap) que aconsegueixi penetrar almaterial i topi amb un electr de valncia.


49/132

4.1.2. La cllula otovoltaica

La cllula solar ms habitual s una lmina de silici cristall dun gruix aproximat de0,3 mm. El procs delaboraci s dun nivell sosticat i delicat per a poder aconse-guir una homogenetat del material.

El camp elctric es genera a partir de la dierent polaritzaci de dues zones de lacllula. Generalment, la part superior t un carcter negatiu i la resta positiu per talde crear la uni p-n.

Saconsegueix, aix, que una de les seves zones tingui:

Deecte delectrons, anomenada zona p o positiva, o node o receptor. Gene-

ralment, saconsegueix aegint al silici pur una petita part de bor que noms t3 electrons de valncia.Excs delectrons, anomenada n o negativa, o ctode o emissor. Generalment

ormada per la diusi de sor que t 5 electrons en la darrera rbita.

A causa daquesta dierncia de crrega elctrica en el material, es produeix elcamp elctric encarregat dempnyer els electrons a sortir de la cllula per la super-cie de la capa N, et que implica lestabliment dun corrent elctric.

La cllula est dotada duns contactes elctrics per a poder canalitzar lenergiaque produeix quan se la illumina. Aquests contactes estan dissenyats de orma ra-micada (en la cara assolellada). Nhi ha dos de principals i, a ms, hi ha les ramica-

cions que els uneixen per a recaptar millor els electrons en tota la supercie de la cl-lula. Lobjectiu s de combinar alhora un bon contacte elctric, de baixa resistivitat ier lombra mnima per tal que els otons arribin al material actiu de la cllula.

En la cara posterior, els contactes solen ormar una trama atapeda o, ns i tot,una lmina contnua que permet la reducci del valor de la resistncia interna.

Coefcientd'absorc

i(m-1)

0,4103

104

105

106

107

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

GaAs Si GeFigura 4.4.

Grc de la longituddona aprotable per a

dierents materials.

Longitud d'ona (m)


50/132


Figura 4.5.Cllula otovoltaicamonocristallina.

Figura 4.6. Partsbsiques duna cllulaotovoltaica.

Emissr Si n

Si pBase

Capa antireectiva

Cntacte psterir

Metall

Raigsslars

4.1.3. Principi de uncionament de la cllula

Quan una cllula solar otovoltaica es connecta a una crrega o consum i, alhora, silluminada pel Sol, genera una dierncia de potencial entre els seus contactes queprovoca la circulaci dels electrons a travs de la crrega.

En aquestes condicions, la cllula unciona com un generador de corrent. A con-tinuaci, descriurem amb una mica ms de detall els dierents processos que ho anpossible:

Els otons que assoleixen linterior de la cllula i que posseeixen una energia ci-ntica igual o superior a lenergia de valncia impacten en el material i generenparells de portadors (electr-orat).

El camp elctric, o dierncia de potencial, produt per la uni p-n separa elsportadors abans que es puguin donar recombinacions.

Podem dir que el corrent generat per una cllula solar otovoltaica illuminada iconnectada a una crrega s la resta entre la seva capacitat de producci bruta iles prdues per recombinaci entre electrons i otons.


51/132


52/132


4.1.5. Corrent de curtcircuit (Icc)

El curtcircuit, com s sabut, apareix en el moment en qu entren en contacte elctricdirecte els dos pols dun generador. Aleshores, la resistncia es a mnima i aplicantla llei dOhm, el corrent es a mxim.

En el cas de les cllules otovoltaiques, la cosa canvia, ja que sn generadores decorrent (portadors). Tot i que la uni p-n genera un potencial elctric que permet lacirculaci delectrons, aquest potencial no s permanent i pot variar segons les con-dicions de la crrega connectada.

En el cas del curtcircuit, el potencial de la cllula cau a quasi 0 V; per tant, larecombinaci de portadors es a mnima i el corrent generat saproxima al mximpossible en unci de la radiaci solar incident.

Aquesta intensitat s perectament suportable tant per al material com per a lesconnexions de la cllula. Aquest valor correspon al tall de la corba I-V amb leix de lesordenades, s a dir, la intensitat quan el voltatge s 0.

Aquest valor sidentica normalment com Icc o Isc, de langls short circuit.

4.1.6. Voltatge de circuit obert (Vco)

Si la cllula queda en circuit obert, s a dir, sense cap consum o crrega per alimen-tar, aleshores no hi ha circulaci de corrent cap a lexterior daquesta cllula.

Per tant I = 0 A

Aix implica que el valor de la intensitat dobscuritat de la cllula, reerida a lesrecombinacions de portadors, siguala al corrent total generat.

En resum: quan la cllula solar no t cap crrega connectada i roman illuminada,tots els portadors generats es recombinen a linterior de la mateixa cllula. Aquesteecte a que la zona de transici entre el material p i n seixampli i, en conseqncia,el voltatge augmenti ns a un valor caracterstic anomenat voltatge en circuit obert.

El valor de voltatge de circuit obert se simbolitza com Vco o Voc de langls open circuit.

I =V

R


53/132

4.1.7. Punt de mxima potncia (pmp)

Observant el grc I-V, ens podem adonar cilment que a cada valor de voltatge detreball li correspon una intensitat de sortida. Si tenim en compte que treballem encorrent continu, aleshores podem denir la potncia elctrica lliurada per la cllula

com:

P = V I

Si expressem el voltatge en volts i la intensitat en amperes, aleshores el resultatvindr donat en Watts [W].

Cada punt de la corba t un parell de valors I-V que li conereixen un valor die-rent de potncia instantnia.

Geomtricament, cada valor de potncia representa la supercie del rectangleormat per les dimensions I-V. Ents aix, s ora senzill determinar que dels in-nits rectangles que es poden traar, nhi ha un de supercie mxima. Aquest corres-

pon al punt de treball anomenat punt de potncia mxima i s clau a lhora dobtenirel mxim rendiment dels dispositius otovoltaics.

Aquest punt tamb sanomena potncia pic quan a reerncia a una radiaci in-cident de 1.000 W/m2. Aleshores, es dierencia indicant el valor i aegint a la unitatel subndex p [Wp].

El punt de mxima potncia t, bviament, associats uns valors dintensitat i devoltatge especcs i que designem com a:

Ipmp, intensitat del punt de mxima potncia.Vpmp, voltatge del punt de mxima potncia.Wp, potncia mxima o pic.

Aquest valor de potncia, igual que la corba I-V, varia a mesura que ho a la radi-aci incident i la temperatura a la cllula.

La potncia lliurada mxima de la cllula Wp t associats uns valors dintensi-tat i de voltatge nics i dierents als valors mxims absoluts que sn la intensitatde curtcircuit i del voltatge en circuit obert.

4.1.8. Variacions amb la radiaci incident

Per a un ampli rang de radiaci solar, el corrent elctric generat a les cllules solarss, a la prctica, directament proporcional a la intensitat de la radiaci incident. Per

tant, lexpressarem aix:

IL = XIL1

En qu:IL, s el valor de corrent generat a un valor de radiaci solar.

X, s el nombre de vegades de radiaci estndard que hi ha en les condicions actuals.IL1, s el corrent generat en les condicions estndard (1 sol) o (1.000 W/m2).


54/132


En canvi, el voltatge de circuit obert varia dacord amb el logaritme neperi dX;per tant, es redueix lleugerament amb la radiaci i augmenta tamb lleugeramentquan aquesta ho a. Aquesta variaci s tan petita que, a eectes prctics, podemignorar-la.

4.1.9. Variacions amb la temperatura de la cllula

La temperatura s la mesura de lactivitat o dagitaci molecular dels cossos: com mstemperatura, ms mobilitat de partcules i, per tant, ms acilitat dalliberament dels

electrons.Aquest enomen sic es tradueix en una menor energia de valncia i, per tant, enuna generaci de portadors ms gran quan augmenta la temperatura.

Aquesta excitaci tamb aecta la zona duni o de transici del material p a la n.Aquest eixamplament de lamplada de la uni comporta, de et, una diluci i a queel voltatge de circuit obert disminueixi proporcionalment a un ritme aproximat de2,3 mV/C.

Aquesta caiguda del voltatge supera amb acilitat la recuperaci dintensitat i, pertant, s lluny del que intutivament la majoria de les persones pensen. A temperatu-res elevades, els mduls otovoltaics experimenten una orta caiguda del rendiment.

Aquest s un enomen a tenir molt en compte a lhora dels dissenys, tant de les cl-

lules com de la seva collocaci.

Voltatge (V)

0 2 4 121086 14 16 18 20 22 24

5,0

604,5

50

4,0

40

3,5

30

3,02,5

20

2,01,5

101,00,5

5,5

70

6,0

80

6,590

7,0100

7,5

110

8,0 120

8,5 130

Corrent(A)

Potncia(W)

Figura 4.8.Grc representatiudels parmetreselctrics dun panellotovoltaic en uncide la radiaci incident.

Caracterstiques I-V i Pmax-V a 25 C i diverses radiacions

1.000 W/m2

800 W/m2

600 W/m2

400 W/m2

200 W/m2


55/132

4.2. Tipus de cllules

Segons la naturalesa i les caracterstiques dels materials usats, tenim dierents tipusde cllules. El tipus ms com s la cllula de silici cristall (Si). Aquest material estalla en lmines molt nes en orma de disc, monocristallines o policristallines, enunci del procs de abricaci de la barra de silici.

La primera cllula cristallina que es va abricar en lmbit industrial s la de silicipur monocristall. Aquestes cllules presenten un bon rendiment energtic, pertenen un cost superior a la resta de tipologies. Per aquest motiu, en lactualitat tenen

un nivell dimplantaci moderat.Les cllules monocristallines acostumen a presentar una orma quadrada, ambles cantonades arrodonides. Antigament tenien orma circular. Aix es deu al procsde creixement del cristall de silici monocristall que presenta una orma cilndrica.

En el procs de abricaci del silici policristall, el silici es deixa solidicar lenta-ment en un motlle rectangular i se nobt un slid rectangular amb molts cristalls,cosa que dna lloc a les cllules policristallines. Aquest tipus de cllules tenen unrendiment inerior a les monocristallines, per actualment presenten una orta im-plantaci perqu tenen un cost inerior a les monocristallines.

Amb menys implantaci, podem trobar al mercat panells otovoltaics anomenatsde capa na. Aquests no es abriquen amb cllules individuals, sin en orma de

bandes contnues en qu s dipositada sobre un substrat apropiat (vidre o resinessinttiques) una capa na de silici amor (a-Si), d1 o 2 m de gruix, ent un panellcontinu que no necessita interconnexions interiors.

Una caracterstica daquestes cllules s que els otons que no xoquen amb capelectr les travessen grcies al seu petit gruix, cosa que possibilita el disseny de pa-nells amb dierents capes superposades i que sanomenen tndem (dues capes) otriple uni (tres capes).

Voltatge (V)

0 5 1510 20

5

4

3

2

1

6

7

8

9

Corrent(A)

Figura 4.9.Grc representatiu

dels parmetreselctrics dun panell

otovoltaic en uncide la temperatura.

Caracterstiques I-V a radiaci de 1.000 W/m2 a dierents temperatures de cllula

70C

55C

40C

25C


56/132


Figura 4.10. Lingots desilici monocristall.

Figura 4.11.Cllula otovoltaicapolicristallina.

Figura 4.12. Elaboracide panells de capa na.

Les cllules amb silici amor tenen un rendiment daproximadament la meitatdel de les cllules cristallines, i per aix, en la abricaci de cllules de capa na ses-tan comenant a utilitzar altres tipus de semiconductors, essencialment el selenur

de coure i indi (CIS) o tellur de cadmi (CdTe).Com a tecnologies innovadores en la abricaci de cllules otovoltaiques, res-

saltarem les anomenades cllules HIT (Heterojunction with Intrinsic Tin Layer).Aquest terme a reerncia a una tcnica basada en la superposici de capes de semi-conductors de dierent gap com poden ser el silici amor combinades amb cllulesde silici cristallines o tellur de cadmi, etc.

Aix millora lecincia energtica de les cllules i amplia lespectre de radiacisolar aprotable, ja que cada un dels semiconductors s especialment sensible a al-guna de les bandes de lespectre electromagntic.

4.2.1. Sistemes de concentraci

Una altra de les lnies dinnovaci tecnolgica desenvolupada en els ltims anys slanomenada tcnica de concentraci solar.

Aquesta tecnologia es basa en la concentraci de la radiaci solar en una petitasupercie (la cllula otovoltaica) mitjanant un concentrador ptic. Per exemple, atravs duna lent Fresnel (eecte lupa) o un refector, com un simple mirall amb ques pot assolir un augment signicatiu de la radiaci solar incident i, en conseqncia,un rendiment energtic ms gran del sistema.

De tota manera, els sistemes de concentraci tenen linconvenient que aprotenquasi nicament la radiaci solar directa. Per aix, amb els panells de concentraci simprescindible la utilitzaci de sistemes precisos de seguiment.

Actualment, el mercat oereix alguns panells otovoltaics amb sistemes de con-centrador Fresnel puntual i daltres concentradors disc-parablics integrats en elmateix panell, que poden arribar a augmentar la radiaci incident en la cllula nsa 500 vegades, i aix saugmenta de manera important la producci energtica perunitat de supercie de cllula.


57/132

4.3. Caracterstiques bsiques dels panells otovoltaics

La cllula solar noms s capa de generar una tensi dunes dcimes de volt (+/- 0,5V) i una potncia mxima d1 o 2 Watts. Per tant, s necessari connectar en srie di-verses cllules (que es comporten com petits generadors de corrent) per aconseguirtensions de 624 V, acceptades en moltes aplicacions.

El conjunt ormat per unes quantes cllules, convenientment encaixat i protegit,constitueix el mdul otovoltaic, element de la installaci solar otovoltaica encarre-gat de transormar duna manera directa lenergia de la radiaci solar en electricitat,en orma de corrent continu.

4.3.1. Parts d'un mdul otovoltaic

Coberta exterior, protectora contra els agents atmosrics. Per la banda rontalt un vidre trempat, ja que oereix una bona protecci contra els impactes i a lavegada s un excellent transmissor de la radiaci de lespectre solar.

Capes encapsades, sn les encarregades denvoltar les cllules solars i els seuscontactes. El material ms usat s letil-acetat de vinil, que tamb t excellentspropietats per a la transmissi de la radiaci solar i una nulla degradaci da-vant les radiacions ultraviolades. A ms, conereixen elasticitat al conjunt.

Protecci posterior, encarregada de la protecci contra agents atmosrics, espe-cialment la humitat. Format per dierents capes de materials acrlics, TEDLAR.

Marc de suport, s la part que dna robustesa mecnica al conjunt i acilitarpoder-lo collocar a lestructura de suport. Normalment dalumini anoditzat i

provet dels orats necessaris per ancorar-lo a un bastidor, evitant haver-los deer posteriorment.

Figura 4.13.Concentrador de miralls.

Figura 4.14. Panellsconcentradors disc

parablics.


58/132


59/132

Basant-se en aquestes condicions de mesura, sestableix la potncia nominal o pic delpanell i es descriu la corba caracterstica del mdul Intensitat-Tensi (I-V), dades queshan de refectir en letiqueta de caracterstiques del panell.

Potncia nominal del mdul (Pmax): la potncia nominal del mdul ve de-

terminada pel punt de mxima potncia amb el valor estndard per a provar ihomologar els mduls.

Tensi de mxima potncia Vmax: s el valor de la tensi que pot donar el m-dul quan les condicions de crrega li permeten treballar a la mxima potncia.

Intensitat de mxima potncia (Imax): s el valor de la intensitat que pot do-nar el mdul quan les condicions de crrega li permeten treballar a la mximapotncia.

Intensitat de curtcircuit (Isc): s el corrent que produeix el mdul quan s or-at a treballar a un voltatge zero, s a dir, amb un curtcircuit en els seus contac-tes elctrics. A nivell experimental, es mesura amb un ampermetre connectata la sortida dels borns del mdul. El valor varia proporcionalment en unci de

la radiaci solar a la qual est exposat. s important saber que aquesta mesurano s destructiva, ja que la intensitat resultant s la mxima que poden produirles cllules i per a la qual estan preparades.

Tensi de circuit obert (Voc): s la tensi mxima que pot donar el mdul,obtinguda quan no hi ha cap crrega connectada (circuit obert, corrent zero).

Aquest valor sobt amb un voltmetre en els seus terminals quan no hi ha unaltre element connectat. El valor obtingut pot ser ms gran que el valor de latensi nominal del mdul i, per tant, cal usar una escala superior als 12-24V.

Figura 4.16.Taula de caracterstiques

dun panell otovoltaic.


60/132


4.3.3. Altres caracterstiques elctriques que cal ressaltar

Temperatura doperaci nominal de la cllula (NOCT): denida com la tem-peratura a la qual arriben les cllules solars quan se sotmet el mdul a unairradincia de 800 W/m2 amb distribuci espectral AM 1,5 G, la temperatura

ambient s de 20C i la velocitat del vent, d 1 m/s. Efcincia del mdul: s la relaci entre la potncia elctrica que produeix el

mdul i la potncia de radiaci incident en el mdul mateix. Factor de orma del mdul: s un concepte teric, til per a mesurar la orma

de la corba del panell: FF = Pmax/(Isc Voc) = Imax Vmax /(Isc Voc).

s important remarcar que les corbes caracterstiques dun mdul solar FV de-penen de la intensitat de radiaci que reben i de la temperatura, de manera queaquestes corbes varien si canvien aquests parmetres, com es pot veure en les corbessegents. En general, cal recordar que la potncia del mdul disminueix aproxima-dament un 0,5% per cada grau que augmenta la temperatura de la cllula per

sobre dels 25C.Per evitar haver de calcular intensitats mitjanes de radiaci, cal suposar en la ma-

joria dels casos que la temperatura mitjana de treball de les cllules s 20C superiora la de lambient, la qual cosa s una bona aproximaci.

Els mduls es poden classicar per la potncia que poden produir. Van des devalors d1 o 2 W ns a 900 W. Quan parlem de la potncia dun mdul, ens reerima la seva potncia nominal, s a dir, la que el abricant assegura sota uns valors deradiaci i de temperatura. Aix la potncia nominal pic s la proporcionada amb unaradiaci de 1.000 W/m2 a una temperatura de 25C. Normalment, la potncia quegenerar sempre ser inerior a aquesta.

4.3.4. Connexions de mduls

Tenint en compte que la potncia dun mdul FV t un valor x, quan es calcula la po-tncia duna installaci, sovint cal er servir un determinat nombre de mduls solarsotovoltaics per a assolir la potncia necessria. Les connexions daquests mduls se-gueixen les normes bsiques de les connexions elctriques: es poden connectar en s-rie, en parallel i combinant les dues per tal daconseguir sumar la potncia dels mdulsconnectats i adaptar el uncionament al voltatge del circuit de crrega de bateries.

Aix, doncs, la connexi en srie de mduls produeix una tensi igual a la suma deles tensions dels mduls connectats, mantenint constant la intensitat. En les conne-xions en parallel, s la tensi la que no varia i la intensitat s la que se suma.

Els mduls que sinterconnecten han de tenir les mateixes corbes I-V per aevitar descompensacions i prdues de rendiment del conjunt.Si un grup de mduls FV estan connectats en srie i un alla, ja sigui per avaria o

perqu li toca lombra, es converteix en una crrega resistiva que diculta el pas delcorrent generat pels altres mduls de la srie. Tota la lera en srie quedaria ora deservei o en baixa producci, cosa que perjudicaria el rendiment de la installaci enconsumir energia per eecte Joule.


61/132

Per a preveure aquests casos, a les caixes de connexions dels mduls es posa undode (bypass), connectat en parallel entre els seus borns. Aquest dode dna un pasalternatiu al corrent generat pels mduls connectats en srie en cas que un estiguiespatllat o li toqui lombra.

El ctode del dode es connecta al pol positiu del mdul. Hi ha abricants que el

posen dins la caixa de connexions i altres deixen uns terminals per a acilitar-ne laconnexi.

Figura 4.17. Quan elsmduls sn illuminats

pel Sol, el fux delectronspassa a travs de les

cllules que integren elmdul. Els electrons no

poden passar a travs deldode ats que la seva po-laritat s inversa ja que t

lnode (+) a un voltatgeinerior al ctode (-).

Figura 4.18. Quanun grup de cllules scobert per una ombrasevera (taca, neu, etc.)

el mdul passa a serconsumidor i, per tant,resta voltatge en comp-

tes de sumar-ne. Ales-hores el diode queda

correctament polaritzati serveix de pont al pas

dels electrons.

+ - + - + -

+ + +---

+ - + - + -

+ + +---

Circulaci d'intensitat

ombrejament parcialdel mdul

- +

- +

- +

- +

- +

- +


62/132


4.3.5. Connexions en srie de mduls FV

Es connecta el terminal positiu dun mdul al terminal negatiu del mdul segent iaix successivament ns acabar la srie completa. La sortida del conjunt ser entre elterminal positiu del darrer mdul i el negatiu del primer.

Com hem vist, la intensitat de corrent daquesta connexi es mant constant iigual a la dun mdul, de manera que laugment de potncia saconsegueix mantenintla intensitat que pot donar un mdul i augmentant la tensi. Aquesta s igual a lasuma de totes les tensions dels mduls connectats.

Figura 4.19.Connexi de quatremduls en srie.

Figura 4.20.Connexi de quatremduls en parallel.

+

-

Cal tenir en cmpte que treballar ambvltatges superirs als 75V en crrentcntinu equival a dispsar dun vltatgeperills per a les persnes.

4.3.6. Connexions en parallel de mduls FV

Es basa en connectar, duna banda, els terminals positius de tots els mduls i, de lal-tra, tots els terminals negatius. La sortida del conjunt ser entre el terminal positiu iel negatiu de qualsevol mdul.

+

-


63/132

4.3.7. Connexions mixtes de mduls FV

Sovint em connexions mixtes srie-parallel ats que hem de treballar a un voltatgedeterminat i tindrem un nombre concret de mduls. En aquest cas, connectem en s-rie el nombre de mduls que ens generi el voltatge de uncionament i connectarem en

parallel el nombre de grups que aci alta per a assolir la potncia necessria.

Figura 4.21. Connexide quatre mduls, en

connexi mixta. +

-


64/132


5. Elements de les installacionsotovoltaiques

Ja hem vist anteriorment que el panell otovoltaic s lelement captador de la ra-diaci solar i lencarregat de transormar lenergia solar en electricitat mitjanantleecte otovoltaic.

Per les installacions otovoltaiques requereixen tot un seguit delements com-plementaris que sn necessaris per a garantir la uncionalitat de la installaci aixcom el seu control i durabilitat.

En aquest aspecte cal dierenciar clarament les tipologies bsiques segents:

Les installacions otovoltaiques autnomes allades de la xarxa elctrica, desti-nades al subministrament elctric quan el cost de manteniment i dinstallacide les lnies elctriques no s rendible, s a dir, per a installacions autnomesallades.

Les installacions otovoltaiques connectades a xarxa: aquesta tipologia dinstallaciotovoltaica a reerncia a petites centrals generadores en baixa tensi connectadesa la xarxa de distribuci delectricitat.

5.1. Components de les installacions otovoltaiques autnomes

En aquest apartat, tractarem la resta de components duna installaci solar otovol-taica autnoma que representem en lesquema de la gura 5.1.

Figura 5.1. Esquemabsic duna installaciautnoma.

+-


65/132

5.1.1. Acumuladors denergia elctrica

A les installacions autnomes de subministrament delectricitat, cal emmagatze-mar-hi lenergia captada durant les hores de radiaci solar a de poder cobrir elsubministrament durant les hores que no nhi ha (cicle diari i cicle estacional).

Els acumuladors:

Tenen una unci molt important i onamental en el bon uncionament i en ladurada duna installaci solar otovoltaica.

Han de tenir prou capacitat per a assegurar el subministrament delectricitatdurant perodes de nvols (autonomia de la installaci).

Es tracta de sistemes electroqumics basats en reaccions qumiques reversiblesque tenen lloc en el seu interior.

Quant al seu s, podem dierenciar dierents tipus dacumuladors:

Estacionaris: acostumen a estar en un lloc x i proporcionen corrent elctric demanera permanent o espordica per a diverses nalitats. En cap moment, per,sels demana que donin valors dintensitats elevades en temps curts.

Darrencada: sencarreguen de produir energia elctrica amb valors dintensitatde corrent elevats durant temps curts, per exemple, en els dels cotxes cada ve-gada que sengeguen, o b quan sarrenca un motor. Les plaques dels elctrodesdaquests acumuladors tenen ms gruix que els dels estacionaris i la seva vidatil s ms curta a causa de les dures condicions de treball.

De tracci: sencarreguen de proporcionar corrent a petits vehicles elctrics i,per tant, sels demana unes intensitats de corrent relativament altes durantperodes dalgunes hores.

Figura 5.2.Parts signicatives dunacumulador estacionari.

1. Placa psitiva tubular2. Espines3. Matria activa4. Cap de placa5. Nas de placa6. Barra bturadra7. Placa negativa plana8. Barres9. Matria activa10. Pinta11. Separadr12. Recipient13. Tapa

14. Tap antideagrant15. nima de llaut16. Cnnexi

1416

10

11

15 13

5

1

4

2

3

12

6

8 9


66/132


Per a les installacions solars otovoltaiques, cal utilitzar preerentment els acu-muladors estacionaris.

Pel que a a les caracterstiques de lelectrlit, en tenim de tipus:

cid (de plom-cid , Pb-Sb, Pb-Cd).Alcal (nquel-cadmi).

Els principals parmetres dun acumulador denergia elctrica sn:

Capacitat: mxima quantitat delectricitat que pot emmagatzemar. A la prcti-ca, i per a evitar danys irreversibles a la bateria, tan sols pot proporcionar unapart de la capacitat total, que anomenem capacitat til. La capacitat til depndel tipus dacumulador i de les condicions de treball, per sol tenir valors desdel 30% ns a ms del 90% (en acumuladors alcalins de bona qualitat) de lacapacitat mxima. La quantitat delectricitat que pot proporcionar un acumula-dor tamb depn del temps de descrrega, de manera que la capacitat ser ms

gran com ms lentament es produeixi la descrrega. La capacitat de la bateriasexpressa en Ampereshora (Ah). Amb la notaci C5, C25, C100 es representael temps de descrrega en hores, respectivament 5, 25 o 100 (C5 = descrregaen 5 hores). Aquests valors ens donen el nombre dhores durant les quals te-ricament podrem disposar duna intensitat de corrent determinada procedentde lacumulador.

Prounditat de descrrega: s el tant per cent sobre la capacitat mxima delacumulador que es pot extreure de la bateria en condicions normals. s unterme molt variable que depn molt del tipus dacumulador i que infueix en laseva vida til.

Vida til: se sol mesurar en cicles (ms que en anys), de manera que un cicle

s un procs complet de crrega-descrrega (ns a arribar a la prounditat dedescrrega recomanada). Si suposem un cicle mitj dun cicle per dia i un acu-mulador ben mantingut, hauria de durar un mnim de 10 anys.

Autodescrrega: s un enomen pel qual un acumulador, per causes diverses, esdescarrega lentament per de manera contnua encara que no estigui connectata un circuit extern.

Descrregues 1 H 3 H 5 H 10 H 20 H 100 H

Intensitat (A) C10 0,525 0,250 0,176 0,102 0,056 0,013

Capacitat (Ah) 52,5% 75% 88% 102% 113% 135%

Tensi de tal l (V) 1,60 1,65 1,70 1,80 1,80 1,85

Tensi mitjana (V) 1,728 1,850 1,88 1, 936 1,94 1,970

Taula 5.1. Caracters-tiques elctriques dela bateria en unci delrgim de descrrega.


67/132


68/132


69/132

sulat de plom comena un procs de descristallitzaci irreversible, bloqueja lareacci de crrega i a que la bateria es comporti com si hagus perdut part de laseva capacitat, per la qual cosa se lha de substituir per una altra. Daltra banda,sha de procurar no sobrecarregar la bateria, ja que en aquestes condicions, siels panells segueixen enviant corrent a la bateria, es continuen produint reac-

cions qumiques de lelectrlit i comena a produir oxigen i hidrogen gasosos,cosa que la perjudica i li escura la vida til. Alguns abricants incorporen unstaps recuperadors que, mitjanant catlisi, recombinen loxigen i lhidrogentornant laigua a les celles. Per la millor manera de prevenir la gasicaci s unregulador de crrega, tal com veurem en el seu moment.

Velocitat de crrega o descrregaSi una bateria es carrega, el voltatge en els seus terminals s superior que si des-connectssim el corrent de crrega perqu la resistncia interna de la bateriaprodueix una caiguda interna de tensi. Quan es descarrega passa a linrevs: lapetita caiguda de tensi en la resistncia interna a que la dierncia de poten-cial (ddp) en els terminals sigui una mica inerior a la mesurada.

Figura 5.4. Grc com-paratiu de la capacitat de

la bateria en unci delrgim de descrrega.

Duradadelacrregaenhores

0

5

10

15

20

25

30

35

40

25 50 75 100

Prounditat de descrrega (% de C10)

1A

2A

3A

1B

2B

3B

Crregues a 0,1, 0,2 i 0,3 C10 a 2,25 V/elem (20C)

Estat decrrega

Rgim

1A 100% 0,1C10

2A 100% 0,2C10

3A 100% 0,3C10

1B 90% 0,1C10

2B 90% 0,2C10

3B 90% 0,3C10


70/132


71/132


72/132


Voltatge de desconnexi: voltatge al qual es desconnecten automticament lescrregues de consum a devitar una sobredescrrega de la bateria.

Interval dhistresi inerior: s la dierncia entre el voltatge de desconnexii el voltatge al qual es permet que els consums es connectin novament a la ba-teria.

Els parmetres segents deneixen les prestacions ms habituals dels reguladorsde crrega que es an servir en les installacions solars otovoltaiques autnomes:

Protecci contra sobrecrregues de lacumulador (tall per alta): aquesta s launci bsica del regulador. Evita que la bateria sescal, que es perdi aigua delelectrlit i que les plaques es rovellin.

Alarma per bateria baixa: indicadors sonors/llums que indiquen que lacumu-lador est ora descarregat. A partir daquest moment, lusuari pot moderar elconsum, cosa que evitar una descrrega perjudicial i excessiva de lacumulador.

Desconnexi per bateria baixa (tall per baixa): aquesta unci a que el regula-

dor talli el subministrament de corrent cap als consums si el nivell de crrega delacumulador s massa baix i, per tant, corre el perill duna descrrega prounda,et que originaria problemes de sulataci.

Protecci contra curtcircuits: aquesta unci permet, mitjanant un usible,protegir el regulador mateix, aix com la sortida de lacumulador de patir in-tensitats elevades en cas de curtcircuit en algun dels circuits de consum de lainstallaci.

Visualitzaci de uncions: la majoria de reguladors tenen algun sistema visualque permet obtenir inormaci sobre lestat de la installaci, simplement ambuns indicadors die

Documents

04 Energia Solar Fotovoltaica