Factores que afectan la generación solar

1. Factores que afectan la generación
solar
Introducción a las
Energías Alternativas

2. contenido
Efecto sobre la generación solar.
Irradiación
Temperatura
Espectro
Protección de los paneles.
Montura.
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Factores que afectan la generación solar.
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3. Efecto de la irradiancia
Los valores de Isc, Voc y curva
característica cambian con el
nivel de intensidad de la luz
recibida (irradiancia E).
La corriente, voltaje y potencia
pico aumentan con la
irradiancia.
El cambio mas significativo
ocurre en la corriente, ya que
el voltaje no se produce un
gran cambio.
Por lo general este cambio en
la corriente es directamente
proporcional, por lo que si
conocemos la corriente a una
irradiancia E1 podemos hallar
la corriente a una irradiancia
E2 con la siguiente fórmula.
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4. Ejemplo: Irradiancia
Un panel solar produce 5 ampere a
900watt/m^2 cual es la corriente a
350Watt/m^2
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5. Cambios debido a la temperatura
La temperatura afectan grandemente
al funcionamiento de la célula
El factor que mas se afecta es el de
voltaje en circuito abierto que
disminuye cuando aumenta la
temperatura.
En general energía eléctrica generada
por el panel y por tanto la
eficiencia disminuyen con la
temperatura.
La temperatura final de las celdas
dependerá mayor mente de los
factores ambientales, como viento
irradiación ect.
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6. Coeficientes de temperatura
La variación de la
corriente con la
temperatura esta
determinada por el
factor α, el de voltaje
es β y la de Potencia
máxima es γ.
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Algunos fabricantes ofrecen
estos parámetros en forma
absoluto y no proporcional.
Ejemplo:
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7. Ejemplo de cambio de temperatura
Un panel de 180 watt tiene Isc=6.7A, Voc=25V a la
temperatura de 25oC cual será el valor de estos
parámetros a la temperatura de 40oC si los
valores de α =.03% β =-.35% γ =-.40%.
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8. Condiciones de referencia
La data proporcionada por el fabricante sobre Voc, Isc,
Vpmax, Ipmax, Pmax, son tomadas a las condiciones
ideales de:
Irradiancia 1000W/m2
Tc=25 grados
Distribucion espectral 1.5
Tc se refiere la temperatura de la celda en grados selcius.
Y la distribucion espectral se refiere a los diferentes
longitudes de ondas que se encuentran en la luz
recibida.
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9. Condiciones nominales
Estas condiciones de operación son mucho mas realista que la
anterior.
Irradiancia: 800w/m^2
TNOC: Temperatura nominal de operación de la celda. (varia con las
celdas)
Velocidad del viento: 1m/s
Temperatura ambiente: 20 oC
Si queremos encontrar la temperatura real de las celdas a partir
de estos parámetros podemos utilizar la siguiente formula:
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10. Ejemplo temperatura de la celda
Un panel de 180 Watt tiene una temperatura de operación en
condiciones nominales de 35oC, cual será su temperatura TC si
la del ambiente es 15oC y la irradiancia es 600 watts/m^2.
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11. Interconexionado de las celdas y modulos
fotovoltaicos.
Para alcanzar la potencia
deseada normalmente se
necesitan varios paneles.
Estos paneles se conectan
en serie y en paralelo para
alcanzar el voltaje deseado.
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Al diseñar este arreglo se deben
tomar en cuenta algunas reglas.
La suma de potencia de todos
los paneles debe ser igual o
mayor que la potencia deseada.
La suma de los voltajes de los
paneles en serie debe ser igual
al voltaje deseado para el panel.
La suma de los corrientes de
los paneles en paralelo debe ser
igual a la corriente en paralelo
del sistema .
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12. Ejemplo de diseño de panel
Cuantos paneles de 180 watt se necesitaran para producir 3Kilowatt de
potencia. Como estarían los arreglos de celdas si van alimentar
directamente un banco de baterías de 36V, y los parámetros de los
paneles son.
Voc=32.6V, Vpm=25.9V, Isc=7.78A, Ipm=6.95A. Cual será la potencia final del
arreglo y sus valores Voc,Vpm,Isc,Ipm.
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13. Precauciones al conectar en serie
Los paneles que se
conectan en serie deben
tener las mismas
corrientes. En el caso de
que no lo sean la mas
pequeña limitara la
corriente y se convertira en
carga, pudiendo llegar
hasta la destrucción.
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14. Precauciones al conectar en Paralelo
Los paneles que se conectan en
paralelo deben tener el mismo voltaje.
En caso de que no sea a así el voltaje
del mas pequeño dominara y se podría
convertir en una carga , en el sistema
absorbiendo la energía que las otras
celdas producen, llegando hasta la
destrución.
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15. Energía absorbida por las celdas cuando
funcionan como carga
Aunque se trate de evitar conectar
paneles en serie con diferentes
características de corriente y paneles
en paralelo con diferentes
características de voltaje, estas
pueden convertirse en carga por el
efecto de una sombra en algunos de
ellos.
Para evitar la destrucción de los
paneles debemos evitar que estos
alcance la temperatura conocida
como punto caliente.
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Calculo de la temperatura en
función de la potencia
absorbida.
El incrementeo en temperatura
por la potencia disipada esta
relacionada por el siguiente
factor.
Luego con esta formula se
puede calcular la temperatura de
la celda que debe mantenerse
por debajo del punto caliente.
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16. Ejemplo temperatura final de la celda en función de
la potencia absorbida.
Una celda solar de superficie 100cm^2 absorbe una
potencia de 2Watt cuando su temperatura TONC es de
25oC cual será su temperatura final.
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17. Utilizando diodos de paso para proteger los
paneles
Para evitar que un panel se convierte
en carga absorviendo la energía que
producen los otros, se colocan cada
cierto grupo de celdas en serie un
diodo en inverso.
Cuando el voltaje y/o la corriente de
las otras celdas fuerzan un voltaje
negativo entre sus terminales, el diodo
conduce reduciendo el voltaje máximo
negativo a 0.7
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18. Ejemplo de diodos de paso
Un panel preconstruido podría
traer diodos de pasos
integrados.
En el panel de arriba de 36
celdas en serie se coloca un
diodo que sobrepasa 24 celda, y
otro grupo que pasa 24 celdas
solapadas.
En el grupo de abajo se hicieron
grupos de 18 separados cada
uno.
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Por regla general se la corriente que
deben soportar estos diodos se escoje
igual al doble de la suministrada por el
panel. El voltaje en inverso que ellas
deben soportar es igual al total de
voltaje del sistema.
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19. Conectando grupos en paralelos
Si tenemos un grupo de
paneles que hay que
colocarla en serie y
paralelo, se pueden
agrupar primero los grupos
en paralelo y luego los
grupos en serie.
En este caso los diodo
tienen que soportar mayor
corriente.
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20. Conectando grupos en serie
Si hacemos la conexión en
serie y luego en paralelo,
hay que colocar mas diodo.
Sin embargo si los paneles
vienen con un diodo de
paso, este será suficiente y
no se necesitará ninguno
externo.
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21. Diodos de bloqueo
Además del diodo de paso
se utilizan un diodo en serie
con los terminales del
sistema para impedir que la
celda durante la noche
descargue la batería.
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22. Diodos de bloqueo en grupos en paralelo
La misma idea de bloquear
la corriente al panel
completo se puede usar
para bloquear grupos
grandes que podrían
absorber corriente de los
otros grupos cuando se
conectan en paralelo.
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23. Cableado
El cable que se utiliza para
interconectar celdas debe
ser resistente a la luz
solar.
Los cables que bajan hacia
las baterías deben estar
cubiertos por la
intemperie y deben ser de
aislante de combustión.
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Deben ser resistente a la
corrosión y humedad.
En caso de enterramiento
deben estar a 41cm de
profundidad.
La caída de voltaje entre
las celdas y el resto de los
componentes del sistema
debe ser menor de 1%.
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24. Protección de sobre corriente y sobre voltaje
Par evitar que una corriente
excesiva dañe los cables y el
resto de los componentes se
deben instalar fusibles.
Además se contará con un
interruptor que desconectara
las celdas, para proteger el
personal de excesivo voltaje
cuando se requiera
mantenimiento.
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Conexión a tierra
Toda parte metálica que pueda
ser tocada por el personal
técnico o usuario debe ser
conectada a tierra.
Se pueden usar dispositivos como
varistores para prevenir que un
voltaje mas alto del esperado
aparezca en el bus DC que hay en
el panel.
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25. Estructuras de soporte
Deben ser resistente a la corrosión
Deben proveer el ángulo adecuado para obtener la mayor energía posible durante el
ano.
Deben esta orientado hacia el sur.
Para nuestra latitud (18 o) es recomendable un ángulo de 11 grados.
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26. Separación entre los paneles
Si queremos evitar que el
un panel u obstaculo
vertical de altura h
produzca sombra en un
panel cercano por lo
menos en las cuatro horas
antes y despues del medio
dia , se dben separar una
distancia d.
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Los valores de k se pueden
calcular seperadamente para
diferente valores de latitud.
Luego solo tenemos que
multiplicar h por K para obtener d
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27. Soportes comerciales
Se pueden conseguir
estructuras para montar
paneles de diferentes
tamaños y peso.
En la figura los de arriba
vienen diseñados para
paneles pequeños
Los de abajo son mas
adecuado para paneles
grandes.
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28. Sistemas de seguimiento
Si queremos seguir el sol a medida que
se mueve del este al oeste durante el
día, la plataforma se monta sobre una
estructura móvil como el de la figura.
Este sistema de montaje es
definitivamente mas caro que el fijo y
requiere un sistema de control para
automatizar el seguimiento.
El costo de estos sistemas tiene que
compararse con sus beneficios en cada
caso para determinar su efectividad.
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