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1. Facultad de Ingeniería Industria y Construcción
BLOQUE N°3
3.1 Centrales de energía solar fotovoltaica
Ingeniería Eléctrica
Centrales de Generación
Realizado:

3. UBICACIÓN PARA LA IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO
ARQUIMIDES Y ABELARDO J. ANDRADE. CUENCA-ECUADOR

5. 1 MJ/m2 = 1000 J/m2 = 1000 W·s/m2 = 1000/3600 W·h/m2 = 0,2777 Wh/m2
Así pues 1 MJ/m2 es 1/3,6 o sea 0,2777 Wh/m2

10. RADIACION SOLAR
La radiación solar es la energía emitida por el Sol, que se propaga en todas las direcciones a través del espacio mediante
ondas electromagnéticas. Esa energía es el motor que determina la dinámica de los procesos atmosféricos y el clima. La
energía procedente del Sol es radiación electromagnética proporcionada por las reacciones del hidrogeno en el núcleo del Sol
por fusión nuclear y emitida por la superficie solar.
IRRADIANCIA
potencia de la radiación solar por unidad de área (W/m2)
IRRADIACION
energía por unidad de área (J/m2 o Wh/m2).
Si hablamos de irradiancia,
nos estamos refiriendo a un
momento dado, mientras
que si lo hacemos de
irradiación, nos referimos a
un periodo dado, puede ser
un día, una hora, un día, un
mes o todo un año

15. kWp es la unidad de medida usada para comparar el rendimiento de los distintos sistemas de
energía solar fotovoltaica
Especifica la capacidad de un sistema fotovoltaico para genera energía en su punto de máximo rendimiento; por ejemplo, al
mediodía en un día soleado. Cuanto mayor es el valor de kWp, mayor es la eficiencia del sistema.
kWp = pico de kilovatios.
kWh es unidad de medida de la cantidad total de electricidad que un sistema fotovoltaico genera
realmente en un año.

19. https://globalsolaratlas.info/detail?c=-2.884914,-79.010091,11&s=-2.884952,-79.009801&m=site&pv=small,0,3,1

23. CARGAS ELECTRICAS INSTALADAS EN LA VIVIENDA
IT Descripción POT (W) Cantidad
P. INST
(kW)
F.C P. DIV (KW)
Horas de
consumo
diario
Energia
(kWh)
kWh x Mes
1 ILUMINACIÓN 18 12 0.2 0.35 0.1 5 0.38 11.3
2 REFRIGERADORA 450 1 0.5 0.5 0.2 6 1.35 40.5
3 TELEVISOR 100 2 0.2 0.7 0.1 4 0.56 16.8
4 LAVADORA 1500 1 1.5 0.7 1.1 1 1.05 31.5
5 SECADORA 1200 1 1.2 0.7 0.8 2 1.68 50.4
6 AFEITADORA 200 2 0.4 0.5 0.2 1 0.20 6.0
7 PLANCHA 1500 1 1.5 0.5 0.8 0.5 0.38 11.3
8 COMPUTADORA 110 1 0.1 0.5 0.1 2 0.11 3.3
9 DUCHA 1800 1 1.8 0.5 0.9 1 0.90 27.0
10 MICROONDAS 350 1 0.4 0.35 0.1 0.5 0.06 1.8
11 OLLA ARROCERA 650 1 0.7 0.5 0.3 1 0.33 9.8
12 IMPRESORA 100 1 0.1 0.5 0.1 0.2 0.01 0.3
13 HORNO 1200 1 1.2 0.35 0.4 1 0.42 12.6
14 TOSTADORA 500 1 0.5 0.35 0.2 0.2 0.04 1.1
15 ASPIRADORA 900 1 0.9 0.5 0.5 2 0.90 27.0
MAX. DEMANDA 11.1 6
250.6kWh x mes
W / 1000 = kW
kW x horas de uso= kWh diarios consumidos por el aparato
kWh x días del mes = consumo energético mensual

24. Horas Sol Pico (HSP).
La energía solar fotovoltaica está relacionada directamente con la radiación solar, la cual es el principal elemento a la hora de calcular la
producción de un sistema fotovoltaico. Se considera un elemento básico en este estudio, y se lo llamara “horas sol pico” (H.S.P), y se
define como la irradiancia emitida por el sol en un número de horas al día y es medida en W/m2. Cómo conocemos el valor de la H.S.P,
la producción de energía se obtiene multiplicando la potencia del panel por la H.S.P y por un factor de pérdidas. Si la irradiancia viene
expresada en kWh/m2 es un caso especialmente interesante ya que las horas de sol pico, de acuerdo a la definición dada inicialmente,
coinciden con el número en que viene expresada la irradiación, cómo se observa en la Figura

25. Insolación
Cantidad de energía solar que llega a una superficie, medida en Vatio/hora/metro cuadrado. La Insolación que llega a la superficie terrestre
puede ser directa o difusa. Mientras la insolación directa incide sobre cualquier superficie con un único y preciso ángulo de incidencia, la
difusa cae en esa superficie con varios ángulos. Cuando la insolación directa no llega a una superficie a causa de la presencia de un
obstáculo, el área en sombra no se encuentra completamente a oscuras gracias a la insolación difusa. Por ello, los dispositivos fotovoltaicos
pueden funcionar incluso solamente con insolación difusa.
Insolación difusa: Radiación proveniente del cielo como resultado de la dispersión de la radiación solar, por la atmósfera. Es la radiación
solar difundida por la atmósfera (por lo que no llega directamente del sol.
Insolación Directa: Como su propio nombre indica, la que proviene directamente del sol. Es la que recibimos cuando los rayos solares no
se difuminan o se desvían a su paso por la atmósfera terrestre.
Insolación Global: Será la suma de las insolaciones directa y difusa.
Irradiancia
Magnitud utilizada para describir la potencia incidente por unidad de superficie de todo tipo de radiación electromagnética.
Radiación electromagnética
Está formada por la combinación de campos eléctricos y magnéticos que se propagan a través del espacio en forma de ondas portadoras
de energía.
Radiación solar:
Es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el sol.
Irradiación
Radiación solar o densidad de potencia incidente en una superficie por unidad de superficie y a lo largo de un cierto periodo de tiempo. Se
mide en MJ/m2 o kWh/m2

26. https://autosolar.pe/paneles-solares/paneles-solares-para-viviendas

30. Sus características eléctricas de alto nivel nos pueden dar hasta un 20,2% de eficiencia por modulo. Para
mas detalle, el Panel Ja Solar 455W 24V Mono cristalino PERC nos muestra estos datos de producción:
- Potencia Pico (PMAX): 455W
- Voltaje a máxima potencia (VMPP): 41,82V
- Intensidad en cortocircuito (ISC): 11,41A
- Intensidad a máxima potencia (IMPP): 10,88A
- Voltaje en circuito abierto (VOC): 49,85V
El Panel Ja Solar 455W 24V Mono cristalino PERC ha sido expuesto ante controles de calidad muy
exigentes, pudiendo obtener todas las certificaciones internacionales requeridas en este sector. Gracias a
estas comprobaciones podemos estar totalmente seguros de que se puede instalar en cualquier sistema
solar fotovoltaico.
El fabricante nos da hasta 12 años de garantía de producto, cubriendo cualquier defecto de fabricación que
observemos, además, nos ofrecen 25 años de garantía de producción, en los que el fabricante garantiza una
producción de un 80% respecto a cuando el producto estaba nuevo.

32. Radiación Solar en Cuenca = 1.9 kWh/m²
-2.90121º

33. Radiación normal directa = 3.761 kWh/m² por día.

35. https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/es/

38. HSP mes menor irradiación = abril
88.05 kWh/m² / 30 días = 2.9 kWh/m²

40. Características eléctricas de alto nivel nos pueden dar hasta un 20,2% de
eficiencia por modulo. El Panel Ja Solar 455W 24V Monocristalino PERC nos
muestra estos datos de producción:
- Potencia Pico (PMAX): 455W
- Voltaje a máxima potencia (VMPP): 41,82 V
- Intensidad en cortocircuito (ISC): 11,41 A
- Intensidad a máxima potencia (IMPP): 10,88 A
- Voltaje en circuito abierto (VOC): 49,85V

48. https://bateriasyamperios.com/producto/bateria-solar-24v-600ah-sopzs/

51. CALCULO BATERIAS
Consumo diario de la vivienda = 13226 W
E / Vt = Id
13226 / 24 V = 551.08 A
CB = (Días x Id) / 0,7 = (1d x 551.08) / 0.7 = 1 d x 551.08 / (0.8) = 688.85 A
CB = 3 X (24 V 250 Ah) = 750 Ah
Batería seleccionada: 24 V 250 Ah
Epanel = 13 X 455 = 5915 W
V * I = Potencia del banco de baterías
24 * 1000 A = 24000 W
Potencia del banco de baterías = 24000 W

69. 1. Objetivo de implementar sistema solar Fotovoltaico
El principal objetivo de una instalación solar aislada es la de producir energía eléctrica para
autoconsumo, sin necesidad de depender de una red eléctrica de distribución y suministro, de modo que
se logre ser autosuficiente a este respecto.
2. Principio Fotoeléctrico
La base sobre la cual se fundamenta los actuales sistemas fotovoltaicos comerciales es el
denominado principio fotoeléctrico, mediante el cual las radiaciones de la luz solar se pueden transformar
en energía eléctrica. Este efecto tiene lugar en las llamadas células fotoeléctricas, unidad básica que
componen los módulos o paneles fotovoltaicos.
Figura 1. Célula Fotoeléctrica

70. Toda radiación de luz solar está compuesta por partículas elementales, llamadas fotones. Estas
partículas llevan asociada un valor de energía (E), que depende de la longitud de onda (λ) de la
radiación, y cuyo valor cuantitativo viene expresado de la forma siguiente:
donde (h) es la constante de Planck y (c) es la velocidad de la luz
1 c (velocidad de la luz) = 2,9979·108 m/s
Constante de Planck (h) = 6,626·10-34 J·s = 6,626·10-27 erg·s

71. Cuando un módulo fotovoltaico recibe radiación solar, los fotones que componen dicha radiación inciden
sobre las células fotovoltaicas del panel. Éstos pueden ser reflejados, absorbidos o pasar a través del panel,
y sólo los fotones que quedan absorbidos por la célula fotovoltaica son los que, finalmente, van a generar
electricidad.
Cuando el fotón es absorbido por la célula, la energía que porta el fotón es transferida a los átomos que
componen el material de la célula fotovoltaica. Con esta nueva energía transferida, los electrones que están
situados en las capas más alejadas son capaces de saltar y desprenderse de su posición normal asociada al
átomo y entrar a formar parte de un circuito eléctrico que se genera.

72. Por lo tanto, un factor crucial para que pueda generarse el efecto fotovoltaico es que las células de los paneles
solares estén compuestas por un tipo determinado de material, tales que sus átomos sean capaces de liberar
electrones para crear una corriente eléctrica al recibir energía.
Los átomos de los materiales llamados semiconductores ofrecen esta propiedad, es decir, materiales que
actúan como aislantes a baja temperatura y como conductores, al desprenderse de sus electrones, cuando se
aumenta la energía que incide sobre ellos.
para mejorar sus prestaciones estos materiales semiconductores son tratados de forma que se crean dos
capas diferentes dopadas (tipo P y tipo N), con el objetivo de formar un campo eléctrico, positivo en una parte y
negativo en otra, de manera que cuando la luz solar incide sobre la célula para liberar electrones, éstos puedan
ser atrapados por el campo eléctrico, y formar así una corriente eléctrica.

73. En la actualidad, la mayoría de las células solares están construidas utilizando como material semiconductor el
silicio, en sus formas mono o policristalina.
Las células solares de silicio monocristalino se fabrican a partir de secciones cortadas o extraídas de una barra
de silicio perfectamente cristalizado de una sola pieza, y que permiten alcanzar rendimientos del 24% en ensayos
de laboratorio y del 16% para células de paneles comercializados.
Por el contrario, para obtener células solares de silicio puro del tipo policristalino el proceso de cristalización del
silicio es diferente. En este caso se parte de secciones cortadas de una barra de silicio que se ha estructurado
desordenadamente en forma de pequeños cristales. Son más baratas de fabricar y se reconocen visualmente por
presentar su superficie un aspecto granulado. Los rendimientos obtenidos son inferiores, alcanzándose del orden
del 20% en ensayos de laboratorio y del 14% en módulos comerciales.

74. 3. Arquitectura del sistema

75. Paneles o módulos solares son los encargados de captar la radiación solar y transformarla en electricidad,
generando una corriente continua (CC), también llamada directa (DC). El número de paneles quedará
determinado por la potencia que se necesita suministrar, y su disposición y forma de conexionado (en serie o en
paralelo), será en función de la tensión nominal de suministro y la intensidad de corriente que se desee generar.
Regulador o controlador de carga, encargado de controlar la carga de las baterías desde los módulos o
paneles generadores, así como de su descarga hacia el circuito de alimentación interior de la vivienda, evitando
además que se produzcan cargas o descargas excesivas del conjunto de baterías.
Acumuladores o baterías, permite el almacenamiento de la energía que se produce durante el día con la
radiación solar para ser utilizada en la noche o durante periodos prolongados de mal tiempo o con poca radiación
solar. Además el uso de baterías permite poder inyectar una intensidad de corriente superior a la que los propios
paneles solares puedan entregar, si la instalación interior de la vivienda lo requiere.
Inversor o convertidor DC/AC, dispositivo que permite la conversión de la corriente continua (DC) generada en los
paneles fotovoltaicos en corriente alterna (AC) para que pueda ser empleada por los receptores y electrodomésticos
utilizados en la vivienda.

77. Módulos fotovoltaicos
Los módulos o paneles fotovoltaicos están formados por la interconexión de células solares dispuestas en serie
y/o en paralelo de manera que la tensión y corriente que finalmente proporcione el panel se ajusta al valor
requerido.

78. La conexión entre células puede ir en serie y/o en paralelo, para adaptar el panel a los niveles de tensión y corriente requeridos.
Cada célula de las que compone un panel fotovoltaico es capaz de ofrecer una tensión del orden de 0,5 voltios y una potencia
eléctrica alrededor de los 3 watios, aunque este valor dependerá de la superficie que mida la célula. De esta manera la potencia
que pueda ofrecer un módulo dependerá del número de células que posea, estando diseñado para el suministro eléctrico en
corriente continua (directa, DC), a un determinado voltaje (normalmente 12 ó 24 V).
La tensión e intensidad de corriente que es capaz de ofrecer un panel fotovoltaico dependerá del número de células que disponga
y el tipo de conexión entre células. Como norma general, los paneles solares se fabrican disponiendo primero las células
necesarias en serie hasta que se alcance la tensión que se desee a la salida del panel, y a continuación, estos ramales de células
se asocian en paralelo hasta alcanzar el nivel de corriente deseado.
Por otro lado, al sistema completo formado por el conjunto de módulos o paneles fotovoltaicos dispuestos o conexionados en
serie y/o en paralelo se le suele denominar generador fotovoltaico. Con el fin de poder ofrecer la potencia eléctrica deseada, así
como de la tensión e intensidad de corriente a la salida del generador, los distintos módulos o paneles serán distribuidos en serie
y/o en paralelo, según convenga.

79. Para formar un panel o módulo fotovoltaico, las células conectadas unas con otras se dispondrán encapsuladas y
montadas sobre una estructura soporte o marco, conformando el llamado módulo fotovoltaico.
Para formar un panel o módulo fotovoltaico, las células conectadas unas con otras se dispondrán encapsuladas y
montadas sobre una estructura soporte o marco, conformando el llamado módulo fotovoltaico.
Una cubierta exterior transparente realizado en vidrio templado de unos 3 ó 4 mm de espesor, con su cara exterior
texturada de modo que mejore el rendimiento cuando la radiación solar ocurre a bajo ángulo de incidencia, así
como para absorber mejor la radiación solar difusa del ambiente.
- Un material de relleno interior, que funciona de encapsulante, hecho a base de vinilo de acetato etileno (EVA), que
sirve para recubrir las células fotovoltaicas dentro del módulo, protegiéndolas de la entrada de aire o humedad, y
evitando así que se produzca la oxidación del silicio que conforma las células, dado que de producirse dejarían de
funcionar.
- Una cubierta posterior realizada normalmente a base de fluoruro de polivinilo (PVF), que además de sus
propiedades como aislante dieléctrico, ofrece gran resistencia a la radiación ultravioleta, contribuyendo a servir de
barrera a la entrada de humedad y ofreciendo una gran adhesión al material del que está hecho el encapsulante
interior.
Las prestaciones de los módulos que aparecen en la información técnica que proporciona cualquier fabricante están
obtenidas sometiendo a los módulos a unas Condiciones Estándar de Medida (CEM) de irradiancia y temperatura,
que son siempre las mismas y son utilizadas universalmente para caracterizar células, módulos y generadores
solares. Estas condiciones son las siguientes:

80. - Irradiancia solar: 1000 W/m2;
- Distribución espectral: AM 1,5 G;
- Temperatura de célula: 25 °C.
Funcionamiento de un módulo fotovoltaico, el valor de corriente generado por el módulo crece con la intensidad de
radiación solar, mientras que la tensión que ofrece cae conforme aumenta la temperatura alcanzada en las células
del módulo.

81. Cuando se habla de temperatura alcanzada en las células del módulo, se entiende que es la temperatura que
tiene la superficie del panel fotovoltaico, que evidentemente no tiene que ser igual a la de la temperatura
ambiente, puesto que la superficie del módulo se calienta por la radiación solar que recibe.
Un módulo fotovoltaico suele trabajar dentro de un rango determinado de valores de intensidad y voltaje,
dependiendo de la intensidad de radiación solar recibida, de la temperatura alcanzada en su superficie o el valor de
la carga eléctrica que alimenta.
En la siguiente figura se representa esquemáticamente en línea continua la curva intensidad-tensión (I-V) de un
módulo fotovoltaico cualquiera, mientras que en línea discontinua se representa la potencia entregada por el
módulo, para dos situaciones de trabajo (A y B) distintas.

82. En resumen, en función de la radiación solar, la temperatura de las células del módulo (que dependerá a su vez
de la temperatura ambiente, humedad, velocidad del viento, material de fabricación del módulo, etc.) y de la
carga eléctrica que alimente, el módulo fotovoltaico generará una determinada intensidad de corriente (I) a una
determinada tensión (V), y cuyo producto marcará la potencia eléctrica (P) generada por el módulo.
- Potencia nominal o máxima (PMÁX): es también conocida como potencia pico del panel. Es el valor máximo
de potencia que se puede obtener del panel, y se obtiene del producto entre la tensión y la corriente de salida
del panel. Para el módulo seleccionado ISF-255, el valor de PMÁX = 255 W (CEM).
- Tensión en circuito abierto (VOC): es el valor máximo de voltaje que se mediría en el panel o módulo si no
hubiese paso de corriente entre los bornes del mismo (intensidad de 0 amperios). Para el módulo seleccionado
ISF-255, el valor de VOC = 37,9 V (CEM).
- Intensidad de cortocircuito (ISC): es la máxima intensidad que se puede obtener del panel fotovoltaico
(tensión de salida 0 V). Para el módulo seleccionado ISF-255, el valor de ISC = 8,86 A (CEM).
- Tensión en el punto de máxima potencia (VM ó VMÁX): es el valor de la tensión en el punto de máxima
potencia o potencia pico, que suele ser el 80% de la de vacío. También se suele representar como VMP. Para el
módulo seleccionado ISF-255, el valor de VMP = 30,9 V (CEM).
- Intensidad de corriente máxima (IM ó IMÁX): es el valor de la corriente en el punto de máxima potencia o
potencia pico. También se suele representar como IMP. Para el módulo seleccionado ISF-255, el valor de IMP =
8,27 A (CEM).