Sistemas de Gen Solar - CPC2015 - P2_1

7/24/2019 Sistemas de Gen Solar - CPC2015 - P2_1

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Generacin de Electricidad mediante

Energa Solar

Parte 2. Sistemas Solares Fotovoltaicos.

Fundamentos y Tecnologa

Curso Plan Complementario 2015

Dr. Miguel Lpez G.

Escuela de Ingeniera Elctrica

Pontificia Universidad Catlica de Valparaso


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Sistemas de Generacin Elctrica mediante

Energas Renovables No Convencionales 2

Dr. Miguel Lpez G.

EIE-PUCV

Fundamentos Tericos de losSistemas Fotovoltaicos

Descripcin General de un Sistema Fotovoltaico

Materiales

Efecto fotovoltaico

Curvas caractersticas de las celdas fotovoltaicas

Factores ambientales sobre la caracterstica de salida

del dispositivo

Mdulo (Panel) fotovoltaico

Arreglo fotovoltaico (PV Array)


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Materiales Fotovoltaicos(Semiconductores)

Materiales cristalinos, Silicio (Si) Mono-cristalino,

Multi-cristalino (Poli-cristalino)

Materiales de pelcula delgada (Thin Film) Si amorfo (a-Si)

Arseniuro de Galio (GaAs)

Fosfuro de Indio (InP) Telurio de Cadmio (CdTe)

Aleacin de Selenio, Indio y Cobre (CIS)


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Sistemas de Generacin Elctrica

mediante Energas Renovables NoConvencionales

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Materiales Fotovoltaicos. Ejemplos

Celda PV de 4 y

Barra de Si poli-cristalino.

[Fuente: es.wikipedia.org]Oblea de GaAs.

[Fuente: www.soitec.com]

Pelcula PV delgada de Si amorfo.

[Fuente: www.sunconnect.com.au]

Lingote y Celda PV de

Si mono-cristalino.

[Fuente: es.wikipedia.org]
http://www.soitec.com/http://www.sunconnect.com.au/http://www.sunconnect.com.au/http://www.soitec.com/


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Energas Renovables No Convencionales6Dr. Miguel Lpez G.

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Efecto Fotovoltaico (Fotoelctrico)

Becquerel (1839) descubre que se crea una tensin al iluminar elelectrodo de metal una solucin de electrolito dbil

Adams y Day (1876) estudian el efecto fotovoltaico en slidos (celdas deselenio de 1 a 2% de eficiencia)

Hertz (1887) observa que el arco entre dos electrodos conectados a altatensin alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioletaque cuando se deja en la oscuridad

Einstein (1904) explic la teora del efecto fotoelctrico (Premio Nobel1921)

[Fuente: web.educastur.princast.es]


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Energas Renovables No Convencionales7

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Efecto Fotovoltaico El efecto Fotovoltaico (PV) es la base del proceso

mediante el cual una celda PV convierte la luz solar enelectricidad

Fotones (luz solar, radiacinelectromagntica) inciden sobreuna clula FV, los que puedenser reflejados o absorbidos.

La energa del fotn absorbidose transfiere a un electrn de un

tomo de la clula. Con esta nueva energa, el

electrn es capaz de formarparte de una corriente en uncircuito elctrico.


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Celdas fotovoltaicas.Curvas caractersticas

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

-6

-4

-2

0

2

4

6

Voltage [V]

C

urrent[A]

Full sun

Dark

Modelo elctrico de la celda fotovoltaica

Modelo simplificado: Circuito equivalente, Ecuaciones y Curvas

estticas


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Celdas fotovoltaicas.

Curvas caractersticas

ISC

RS

RP

I

V

+

--

= !"#$ %& '()* ++ , ./

01 $ 1 $

2+ 3 45

67

Modelo ms completo (RP, RS)


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Mdulo o Panel Fotovoltaico De la celda al mdulo, al arreglo fotovoltaico

Una sola celda: 0,5 V aprox.Aplicaciones muy reducidas.

De la celda al mdulo (o panel): nmero predeterminado deceldas conectadas en serie en un empaque robusto y resistenteal clima

Mdulo tpico de 12 V: 36 celdas en serie (o 33 celdas)

Modelo de 72 celdas: 24 V o 12V (2x36 en paralelo)


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Solar Impulse, 2015

Planta Amanecer Solar CAP

100MW, Copiap, 2014

Del Mdulo al Arreglo

Objetivo principal: Aumento de potenciapara sistemas ms grandes

Conexin de mdulos en serie, paralelo, oambos, para cumplir con losrequerimientos del proyecto Conexin serie: misma corriente, suma de

tensiones

Conexin paralelo: misma tensin, suma decorrientes


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Curva I-V bajo Condiciones Estndar

(Standard Test Conditions, STC)

Las condiciones estndar son: Irradiacin: 1 kW/m2,

Coeficiente masa aire: AM 1.5 (Tarea)

Temperatura de la Celda (no del ambiente): 25 C

Parmetros mdulo PV: Tensin de Circuito Abierto VOC,

Corriente de Cortocircuito ISC ,

Punto de mxima Potencia (MPP): VMPP, IMPP

Factor de llenado (Fill Factor):


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Factores ambientales sobre la

caracterstica de salida del dispositivo Desplazamiento de las curvas respecto de la

Temperatura y la Irradiacin (datos de fabricante) Temperatura

Semiconductores: Altamente sensibles a variaciones de T Cuantificacin del efecto en funcin de la TAmb y la irradiacin (S)

NOCT (Nominal Operating Cell Temperature): Dato

Factor de proporcionalidad ()

Irradiacin Corriente ISCvara en directa proporcin

VOCvara ligeramente

89:;?@A+ BC

1kW/DE

FGHIJK = LMNO+1.25PQRS $ 20 T U


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Temperatura, Irradiacin

Temperatura, a S fija Irradiacin, a T fija

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Voltage [V]

Current[A]

1000 W/m2

800 W/m2

600 W/m2

400 W/m2

200 W/m2


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Factores ambientales sobre la

caracterstica de salida del dispositivo Efecto de la sombra en las curvas I-V

Fuerte reduccin en la potencia de salida Puntos calientes (Hot-spots) Dao a la celda Reduccin

permanente de la potencia del mdulo Solucin: Diodos de Bypass

Bifurca la corriente de la celda ensombrecida, evita los puntoscaliente y mejora la salida en potencia

Eleva los costos; no se aplica para cada celda

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