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T1 modulos ftv

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  1. 1. TEMA 1: MÓDULOS FOTOVOLTACICOS ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA COORDENADAS Y MOVIMIENTOS DE LA TIERRA  Latitud, longitud y movimientos de la tierra COORDENADAS SOLARES ORIENTACIÓN DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO5. RADIACIÓN SOLAR6. EFECTO FOTOVOLTAICO7. SEMICONDUCTORES P Y N8. CELULA SOLAR9. MODULOS FOTOVOLTAICOS
  2. 2. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS1. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICALa energía solar fotovoltaica es la energía procedente delSol que se convierte directamente en energía eléctrica Se produce mediante generadores fotovoltaicoscompuestos por módulos fotovoltaicos conectados entresí. Los módulos fotovoltaicos forman una superficie plana.La inclinación y la orientación adecuadas de dichasuperficie son fundamentales para conseguir mayorcantidad de electricidad. Para orientarlos correctamente debemos conoceralgunos conceptos. Los veremos en el siguiente punto
  3. 3. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS1. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Ventajas de la energía solar FTV  Renovable (inagotable)  Limpia (no emite CO2)  Robusta (poco mantenimiento)  Rentable (se amortiza en pocos años-si es subvencionada) Desventajas de al energía solar FTV  Bajo rendimiento (10%)  Dependencia del sol (necesidad de elementos complementarios)  Sin subvenciones no es rentable
  4. 4. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS2. COORDENADAS Y MOVIMIENTOS DE LA TIERRA Ecuador y meridiano de Greenwich
  5. 5. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 2. COORDENADAS Y MOVIMIENTOS DE LA TIERRA Latitud y longitud  Latitud(Φ): A Distancia angular Φ entre un punto de la tierra y el ecuador PAMPLONA: Latitud: 42.8169º  Longitud: Longitud: 1.38º Distancia angular entre un punto de la tierra y el meridiano de Greenwich. Meriadiano Greenwich: longitud 0 Hacia el Este: longitud negativa Hacia el Oeste: longitud positiva
  6. 6. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 2. COORDENADAS Y MOVIMIENTOS DE LA TIERRA Movimientos de la Tierra- La Tierra gira alrededor del Sol (movimiento de traslación)
  7. 7. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS2. COORDENADAS Y MOVIMIENTOS DE LA TIERRA Movimientos de la Tierra - La Tierra gira sobre sí misma (movimiento de rotación) - EL eje polar no es perpendicular al plano de su órbita alrededor del Sol Esto provoca las estaciones y que el sol esté más alto en verano que en invierno
  8. 8. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 2. COORDENADAS Y MOVIMIENTOS DE LA TIERRA Movimientos de la Tierra - Declinación (δ): Ángulo que forma el ecuador con el plano de la elíptica Varía a lo largo del año: Solsticio verano=+23,45º (max) Solsticio invierno=-23,45º (min) Equinocios =0º
  9. 9. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS3. COORDENADAS SOLARES- Elevación solar o altura solar(γs): es el ángulo queforman los rayos solares con la horizontal
  10. 10. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 3. COORDENADAS SOLARES-Acimut solar (ψs): ángulo formado por el meridiano delsol y el meridiano del lugar, tomando como referencia elSur (en el hemisferio norte).Tiene valores positivos de 0 a 180o hacia el Oeste ynegativos de 0 a –180o hacia el Este.
  11. 11. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 3. COORDENADAS SOLARES-Ángulo cenital (θzs): ángulo formado por la direccióndel sol y la vertical.Es el ángulo complementario de la elevación solar: θzs+γs=90º
  12. 12. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 3. COORDENADAS SOLARES-Carta solar: representa el conjunto de trayectorias delsol, dando la altura solar y acimut para cada hora y cadadía del año.Cada carta solar es válida para una latitud Figura 1.9. Trayectorias aparentes del Sol en el hemisferio norte en los solsticios y equinoccios.
  13. 13. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 3. COORDENADAS SOLARES-Carta solar: Carta solar para latitud 38º
  14. 14. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS4. ORIENTACION DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO-Hay que orientar el panel para que reciba la mayor energía solar posible.- 2 son los datos que definen la orientación de un panel: • Angulo de acimut(α)
  15. 15. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS4. ORIENTACION DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO A. Angulo de inclinación(β) ¿Cuál es la mejor orientación del panel? αopt =0 Βopt= 3,7 +0,69|Φ| siendo Φ la latitud del lugar (para placas utilizadas todo el año)
  16. 16. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS5. RADIACION SOLAR- La energía que desprende el Sol se llama radiación solar- Llega a la Tierra un conjunto de radiaciones con diferentes longitudes de onda. Figura 1.16. Espectro electromagnético de la radiación solar extra- atmosférica y en la superficie terrestre.
  17. 17. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS5. RADIACION SOLAR5.1 Efectos de la atmósfera sobre la radiación:- Al atravesar la atmósfera, las radiaciones pierden “fuerza”.- A mayor distancia recorrida por los rayos solares a través de la atmósfera, mayor pérdida.- Para medirlo, se usa la “Masa de Aire(AM)”
  18. 18. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS5. RADIACION SOLAR5.2 Tipos de radiación:• Directa: rayos directamente del Sol• Difusa: rayos dispersados por las nubes (resol)• Reflejada o albedo: rayos reglejados por la superficie de la Tierra. Figura 1.18. Tipos de radiación sobre una superficie.
  19. 19. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS5. RADIACION SOLAR5.3 Irradiancia e Irradiación:Irradiancia: Potencia o irradiación por unidad de superficie. Es la intensidad de irradiación solar (W/m2) Ej: en el Sol: 6,35·107 W/m2 Hasta la atmósfera: 1367 W/m2 En la superficie de la Tierra si AM=1: 1000 W/m2Irradiación: Suma de irradiancias en un periodo de tiempo. Es ENERGIA por unidad de superficie Unidad: J/m2 o KWh/m2
  20. 20. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 5. RADIACION SOLAR5.4 Radiación global sobre una superficie:¿Cuánta Energía llega aun generador FTV?Los cálculos se predicen en función de datos del pasadoque se plasman en tablas (ej: Tabla 1.2 y 1.3)Se mide en KJ/m2·día o en KWh/m2·día1KWh = 3600KJHay tablas para superficies planas y para superficiesinclinadas:Ga(0): irradiancia global anual sobre una superficie horizontalGa(30): irradiancia global anual sobre superficie inclinada 30ºGdm(0): meida mensual diaria de irradiancia global sobre superficiehorizontalGm (45): irradiancia mensual sobre supreficie inclinada 45º.
  21. 21. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS5. RADIACION SOLAR5.4 Radiación global sobre una superficie:Problemas:• Calcula la Energía recibida por un panel de 5m2 situado en Madrid, inclinado 45º y orientado al Sur durante todo el mes de Agosto. ¿y durante todo el año? Calcúlalo en KJ y en KWh.• Actividad 5 de la página 18• Actividad 6 de la página 18
  22. 22. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS5. RADIACION SOLAR5.5 Radiación global sobre una superficie inclinada:Partiendo de los datos de radiación sobre una superficie plana (Tabla 1.3.) se puede calcular la radiación sobre una superficie inclinada.Por ejemplo, para la inclinación óptima (βopt):Ver ejemplo resuelto de la página 20 Ver ejemplo resuelto de la página 20
  23. 23. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS5. RADIACION SOLAR5.5 Radiación global sobre una superficie inclinada:Factor de irradiación (FI):Sirve para calcular las pérdidas de energía cuando la inclinación no es la óptima y la orientación no es Sur:Luego se usa FI para el cáluculode la energía recibida:
  24. 24. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 6. EFECTO FOTOVOLTAICO• Las células solares se fabrican con silicio (es un semiconductor)• a
  25. 25. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 6. EFECTO FOTOVOLTAICO• Para que los electrones se libren del enlace covalente necesitan energía• Esa energía la puede dar los fotones que forman la luz solar• Al incidir un fotón sobre el silicio genera un par electrón-hueco• Para que esto sea útil hay que agrupar huecos y electrones en zonas distintas para que formen creen una diferencia de potencial (voltaje) y sea un generador eléctrico• El paso de luz a voltaje se llama efecto fotovoltaico• Esto se consigue con una unión PN
  26. 26. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 7. SEMICONDUCTORES P Y N• Para conseguir agrupar huecos y electrones se dopa el silicio de 2 formas distintas: • Impurezas pentavalentes (ej: fósforo). Genera electrones libres Es semiconductor tipo N • Impurezas trivalentes (ej: Boro) Genera huecos (carga +) Es semiconductor tipo P
  27. 27. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 7. SEMICONDUCTORES P Y N• Al unir silicio dopado tipo N con otro tipo P se forma una unión PN• Los electrones (e-) y huecos cercanos se recombinan, creando iones en la zona N e iones – en la zona P• Esto genera una barrera de potencial que evita que circulen e- de N a P. Hay equilibrio electrónico• Este equilibrio lo puede romper la luz solar, ya que los fotones pueden dar la energía a los e- para que circulen
  28. 28. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 8. CÉLULA SOLAR• Si cortocircuitamos la célula uniéndo la región P con la N mediante un cable, los e- de N se desplazan a P, generando una intensidad de corriente mientras reciba luz• A esta intensidad se llama Corriente de cortocircuito (ISC)
  29. 29. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 8. CÉLULA SOLAR• Si cortocircuitamos la célula uniéndo la región P con la N mediante un cable, los e- de N se desplazan a P, generando una intensidad de corriente mientras reciba luz• A esta intensidad se llama Corriente de cortocircuito (ISC)
  30. 30. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 8. CÉLULA SOLAR• Si se conecta una carga (receptor) a la célula, la R condiciona la intensidad(IL) y la tensión(UL) en la célula, siendo UL= IL·R• Siempre: IL < ISC y UL < UOC
  31. 31. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 8. CÉLULA SOLAR8.1 Característica I-U y P-U• La curva roja es la relación I-U. la célula trabaja en alguno de sus puntos y siempre se cumple la ley de Ohm:
  32. 32. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 8. CÉLULA SOLAR8.1 Característica I-U y P-U• La curva azul es la relación P-U. Cada punto es el producto I•U de cada punto de la cuva roja I- U• Ejemplo: El punto B tiene una IL y una UL. Ese punto es el B’ en la curva de potencia, dando una PL
  33. 33. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 8. CÉLULA SOLAR8.2 Potencia máxima y eficiencia• Potencia máxima:Punto de la curva I-U en el que la célula entrega más potencia (A).En la curva P-U es el punto más alto (A’).Es el área del rectángulo con vértice en A.
  34. 34. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 8. CÉLULA SOLAR8.2 Potencia máxima y eficiencia• Factor de Forma (FF):FF siempre es menor que 1.Cuanto más se acerque el FF a 1, mejor es la célula
  35. 35. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 8. CÉLULA SOLAR8.2 Potencia máxima y eficiencia• Eficiencia o rendimiento (η):Indica que % de la energía solar recibida por la célula se convierte en electricidadLógicamente a mayor eficiencia, más electricidad se consigue. Ver ejemplo Página 25
  36. 36. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 8. CÉLULA SOLAR8.4 Constitución de una célula solar• Un Célula solar está formada por:  Una unión PN, con la cara N en forma de micropirámides para aprovechar mejor los rayos solares (N es la cara frontal)  Rejilla metálica en la cara N (contacto negativo)  Terminal positivo (metalización de la cara P)  Capa antirreflexiva en la capa frontal para aprovechar mejor los rayos solares
  37. 37. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS 8. CÉLULA SOLAR8.4 Constitución de una célula solar• En función del tipo de silicio se pueden clasificar en:
  38. 38. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS• Una célula solar tiene 100cm2, 1.5W de potencia, da 0.5V de tensión y 3A de intensidad.• Por ello se conectan entre sí, generalmente en serie entre 36 y 96 celdas formando módulos fotovoltaicos. Figura 1.32. Vista frontal y lateral de un módulo fotovoltaico de 130 W, con células de silicio policristalino.
  39. 39. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.1 Estructura de un módulo fotovoltaico Figura 1.33. Detalle seccionado de la estructura de un módulo fotovoltaico.
  40. 40. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.1 Estructura de un módulo fotovoltaico Figura 1.36. Conexionado de las células de un módulo fotovoltaico de silicio monocristalino. Se indica el sentido de circulación de la corriente.
  41. 41. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.1 Estructura de un módulo fotovoltaico Figura 1.35. Figura 1.37. Sistema de conexión con conectores. Esquema eléctrico de módulo c)Detalle de la caja y los cables. fotovoltaico con células en serie b) Conexionado de módulos en serie.
  42. 42. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.2 Parámetros característicos de un módulo fotovoltaicoPuesto que todas las células del módulo son iguales:• Tensión del módulo:• Intensidad del módulo• Potencia del módulo
  43. 43. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.2 Parámetros característicos de un módulo fotovoltaicoPuesto que las características del módulo son proporcionales a las de las células (ver ejemplo p30), todo lo dicho sobre las células solares sirve para los módulos:• Curvas I-U, P-U• Punto de máxima potencia• ISC, UOC, IL…
  44. 44. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.3 Hojas de datos de fabricanteVer la página 44 del libro (Mundo técnico)Nota: los efectos de la temperatura no los estudiaremos en este curso
  45. 45. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.4 Potencia y tolerancias de producción
  46. 46. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.5 Otros parámetros9.6 Punto caliente
  47. 47. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.5 Conexionado de módulos (paneles)• Para conseguir la tensión e intensidad deseada se necesita agrupar módulos• Reglas fundamentales: 1. Si se colocan paneles en serie:  Las tensiones se suman  La intensidad es la misma 3. Si se colocan paneles en paralelo:  La tensión es la misma  Las intensidades se suman 1. Los paneles conectados deben ser iguales
  48. 48. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.7 Conexionado de módulos (paneles)• Para conseguir la tensión e intensidad deseada se necesita agrupar módulos• Reglas fundamentales: • Si se colocan paneles en serie:  Las tensiones se suman  La intensidad es la misma • Si se colocan paneles en paralelo:  La tensión es la misma  Las intensidades se suman 1. Los paneles conectados deben ser iguales
  49. 49. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.7 Conexionado de módulos (paneles)C.Conexión de módulos en serie Intensidad es la misma Tensión se suma
  50. 50. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.7 Conexionado de módulos (paneles)C.Conexión de módulos en paralelo Intensidades se suman Tensión es la misma
  51. 51. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.7 Conexionado de módulos (paneles)C.Conexión de módulos mixta Intensidades: Tensiones:
  52. 52. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.7 Conexionado de módulos (paneles)Los parámetros eléctricos dependen también de los de los módulos:
  53. 53. TEMA 1: MODULOS FOTOVOLTAICOS9. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS9.7 Conexionado de módulos (paneles)

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